连续每搏血压测量方法的研究进展
作者：焦学军 房兴业
单位：航天医学工程研究所，北京100094
关键词：血压；测量方法；脉搏波特征参数
航天医学与医学工程000217摘要：综述了国内外动脉血压连续测量方法的研究进展，重点分析了张力测定法、容积补偿法和利用脉搏波特征参数间接测量血压等方法的原理和特点，探讨了研究动向和存在的问题,提出了改进思路。
中图分类号：R318.6 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)02-0148-04
Research Progress of Methods of Continuous Measurement of Blood Pressure.
JIAO Xue-jun,FANG Xing-ye.
, http://www.100md.com
Abstract: Research progress of methods of continuous measurement of blood pressure is presented. Principles and characteristics of several methods of continuous measurement of blood pressure are analyzed in detail. Some research tendencies and problems are discussed. Finally author's opinion about improving methods of continuous measurement of blood pressure is put forward.
Key words:blood pressure;measuring method;characteristic parameters of pulse wave
, 百拇医药
血压是反映心血管功能的重要生理参数,在反映心脏泵血功能方面,血压比心电更有效。在载人航天飞行期间,为了及时了解和掌握航天员的生理状态,血压也是被检测的重要指标之一。
在动脉血压间接测量方法中,目前使用最广泛的是断续测量方法，主要以柯氏声法和示波法为代表。它们的共同点是，在测量时都需要用气袖阻断动脉血流，在放气过程中检测柯氏声或振荡波，然后利用检测到的特征点所对应该时刻袖套内的压力值来确定血压值。断续测量的主要缺点是，在测量过程中以每搏血压相同为判定血压的前提。在出现心率失常时，由于柯氏声断续出现或振荡波的不规则，判断特征点造成困难，进而无法准确给出血压值；另外一点是由于一次测量需要一定的周期(大约1 min左右)，致使无法在短时间内，检测每搏血压的变化。
与断续测量方法相比，血压无创性连续测量方法有其无法比拟的优越性，特别适合于某些特殊环境(例如短时间失重、超重等)下观察被试者血压的连续变化。长期以来由于在测量技术上有一定难度，使其发展大大滞后于断续测量方法。
, 百拇医药
本文介绍了两种基本的血压连续间接测量方法，并提出进行改进的基本思路。
张力测定法
这种方法出现在本世纪六十年代，其基本原理是当一个具有内在压力的血管被外在物体部分压扁时，其血管壁内的周应力发生变化，当外力达到某一特定值时，使内压力等于外压力，通过测量外压力而得到动脉血压。Pressman和 Newgard 研制了一种张力计，采用一个平板直接压在动脉表面的皮肤上，图1为这种动脉张力计的结构图。小于动脉宽度的圆柱形动脉压板的压力使动脉壁内的周应力发生变化，通过一个测量微小力的传感器测量动脉内的径向压力。调节传感器和皮肤之间的压力使传感器输出的脉压波达到最大，此时跨壁压等于零，即动脉血管外压等于内压，因此波峰点对应的压力为收缩压，波谷点对应的压力为舒张压。采用侧板使皮肤变平，使垂直方向的皮肤张力等于零,垂直方向的力完全来自动脉搏动。
张力测定法测量精度较高，但该方法在被试者的生理状态发生变化时,施加的外力不能跟随平均压的变化而变化,导致外压不等于内压，产生测量误差。因此Bahr和Petzke研制了一种改进型的张力计，它采用电子反馈来跟随平均压的变化，提高了测量精度。这一方法对传感器定位要求高，安装时须将动脉压在骨胳上，长时间测量时，保持传感器测量位置较为困难。因此应用该方法研制的血压测量仪器仍处于试验阶段，未见到成熟的产品。
, 百拇医药
图1 张力测定法原理图
Fig.1 Principle of tension method
容积补偿法
容积补偿法[1]最早由Penaz 于1973年提出,通过预置的参考压力值使动脉处于去负荷状态,同时采用伺服系统补偿因动脉内压的变化引起的动脉容积变化,使动脉容积维持去负荷动脉容积,此时袖套内压等于动脉内压,因此可通过测量袖套内压间接测量动脉血压。采用该方法测量血压的关键是预置参考压力,Penaz 建议预置参考压力为动脉血管最大容积的1/3时的袖套压力。1980年Yamakoshi.k[2]采用容积补偿法实现了对动脉血压的连续监测。图2为其测量原理图。他利用液压腔预置参考压和脉搏描记计的输出控制液压伺服装置，使动脉容积维持去负荷动脉容积。预置的参考压力采用振荡波幅度最大时的指套压力为参考压,此时动脉血管处于去负荷状态。该方法设置参考压方便,而且减少了测量误差。但该测量装置体积较大,在测量前利用微处理器寻找使动脉处于去负荷状态的参考压力时需要1 min,在测量过程中需保持袖套和心脏处于水平位置。有人采用充气袖套代替液压腔,光电传感器采用受调制的红外线，使该系统对运动干扰和周围光线的影响不敏感,测量前寻找参考压力只需10 s。1991年Yamakoshi.k对原测量装置进行了改进，他采用了气动袖套[3],同时用补偿器补偿心脏和指端的流体静力学压差,因此测量过程中无需保持袖套和心脏处于水平位置,该设备能在日常生活条件下连续监测动脉血压。1991年S.Tanoru将气动袖套放在头部[4],将脉搏描记计放在袖套下,这样可以减少测量过程中对受试者的限制,同时降低了长时间测量时静脉充血的影响,提高了测量精度。
, http://www.100md.com
容积补偿法是目前较成熟的连续血压测量方法。市场上销售的产品多采用这种测量原理。但该方法在长时间测量时静脉充血影响较大;当血管收缩节率较大时,将影响脉搏描记计的输出波形,致使参考压的设置困难,影响测量精度[3];由于需要在被测部位保持一定的压力,使舒适性较差;另外测量装置复杂，使用时给被试者带来不便。
图2 容积补偿法血压测量框图
Fig.2 Block diaguam of volume compeusation method
通过脉搏波参数间接测量血压
前面已谈到，前两种方法虽可以连续测量血压值，但长时间、动态使用时，它们并不是最好的方法，为此不少学者开始探讨血压连续测量的新途径。途径之一就是利用脉搏波参数与血压之间的关系，来间接推断血压的变化，甚至给出血压的绝对值。早在1976年，Brain Gribbin 等提出利用脉搏波传播速度(PWV)连续测量血压变化[5]，他们的实验结果表明，PWV可以可靠地跟随血压变化，但不能给出血压的绝对值。
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关于PWV与血压是否为线性关系的问题，1986年F.J.callaghan 等人对11例被试者进行了研究[6]，发现其中7例呈线性关系，另外4例呈高阶函数关系。1991年陆渭明等进一步探讨了影响PWV与血压之间线性关系的因素[7]。他们指出，在体测量PWV-血压相关性变差的原因主要是血管壁平滑肌的固有弹性(VE)和舒缩活动(VM)，特别是VM，通过影响血管弹性间接影响PWV而造成的。并指出为了提高利用PWV间接测量血压的精度，可在测量PWV的同时，辅以VM的监测。
为了能使得PWV不仅可以反映血压的变化，还可以给出血压的绝对值，有人采用统计分析建立回归方程的方法，通过脉搏波传导时间来计算收缩压和舒张压。英国生产的BP-50型全自动血压测量仪就采用了这一原理。具体方法是：利用心电R波的峰值为起始点，测量R波触发后脉搏波传导到手指末端所需的时间，再利用所建立的收缩压和舒张压的回归方程，将传导时间换算为收缩压和舒张压。为了保证测量的准确性和通用性，在每次测量前，均需自检，并通过输入当时对被试者实测的收缩压和舒张压，进行校准，在确认误差小于10%后，方可开始正式测量。这种无需袖带的测量方法给被试者带来极大方便，投放市场后受到医生和病人的欢迎。但通过笔者的初步使用发现，该仪器在反映舒张压方面，不如收缩压敏感，即在24 h实际测量期间，舒张压的变化很小，仅为±2mmHg。为了近一步提高测量精度，1995年胡章和等人通过提取与脉搏波有关的特征值(α)[8]，采用统计分析原理，建立收缩压、舒张压和α之间的回归方程监测孕妇血压，取得了成功。
, 百拇医药
罗志昌[9]等研究了脉搏波波形与生理因素的关系，提出了一个以脉搏波面积变化为基础的脉搏波特征量K值[K=(Pm-Pd)/(Ps-Pd],其中Ps、Pd分别为收缩压和舒张压，Pm为平均压)的新的提取方法。经理论分析和大量实验证实，K值能较好地反映人体心血管系统中血管外周阻力、血管壁弹性和血液粘度等生理指标。这提示我们可否作为新的参数应用于连续血压测量中。孔谙等[10]进行了心血管系统参数变化对脉搏波波形影响的数字仿真研究，它也有助于血压测量方法的研究。
结束语
动脉血压的连续测量无论在临床上和航天医学研究中都是迫切需要的。目前市场上出现的血压连续测量仪器大多采用容积补偿法。为了减少在长时间测量过程中对被试者的影响，从最初使用的一只充气指套，变为两只指套交替使用；测量部位从手指变为头部，经过这些改进后，降低了长时间测量静脉充血的影响，提高了测量精度。但是由于需要对指套或头套充气(早期为充液体)，并通过伺服系统维持一定的压力，这不仅使测量装置复杂，并给被试者带来痛苦，特别在载人航天或地面特殊环境下使用受到限制。本文介绍的第3种测量方法，虽然还不完善，但使用方便，对被试者基本无影响，有较好的发展前景，值得进一步探讨。改进的基本思路是：在测量脉搏波传导时间的基础上，同时监测能反映心血管状态的其他参数，例如前面提到的脉搏波特征参数K、VM以及脉搏波降中峡的相对高度[12](降中峡的高度与脉搏波的最大高度的比值)等，最后通过建立多元回归方程的方法，最终求出血压的绝对值。
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[参考文献]
[1] A.Kawarada. Ambulatory monitoring of indirect beat-to-beat arterial pressure in human by a volume-compensation method[J].Medical & Biological Engineering & Computing January，1991，29：55～62
[2] K.Yamachoshi. Indirect measurement of instantaneous arterial blood pressure in the human finger technique[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering,1980，27(3):150～155
[3] K. Yamakoshi .Noninvasive measurement of beat-to-beat vascular viscoelastic properties in human fingers and forearms[J]. Medical & Biological Engineering & computing，1985,23：43～47
, http://www.100md.com
[4] Shinbu Tanaka. A new ambulatory system for beat-to-beat blood pressure in superficial temporal artery using the volume-compensation method[J]. Journal of the international federation for Medical & Biological Engineering,1991，29：466
[5] Brian Gribbin. Pulse wave velocity as a measure of pressure change[J].Psychophysiology,1976,13(5):87～90
[6] Andrew Steptoe. Pulse wave velocity and blood pressure change:calibration and applications[J]. Psychophysiology,1976,13(5):489～493
, 百拇医药
[7] LU Weiming.Research on the main elements influencing blood pressure ineasurement by pulse wave velocity[J].Chinese Journal of Blomedical Engineering,1995,14(1)：88～93
陆渭明.对利用脉搏波传播速度间接测量血压时主要影响因素的研究[J].中国生物医学过程学报,1995,14(1)：88～93
[8] HU Zhanghe.Correlation between a pregnant woman's blood pressure and her pulse waves[J].Journal of Blomedical Engineering,1995,12(2)：162～164
胡章和.孕妇血压与脉搏波的相关性研究与应用[J].生物医学工程杂志,1995,12(2)：162～164
, 百拇医药
[9] LUO Zhichang.A reasearch on characteristic information of pulse wave[J].Journal of Beijing Polytechnic University,1996,22(1)：71～79
罗志昌.脉搏波波形特征信息的研究[J].北京工业大学学报,1996,22(1)：71～79
[10] KONG An,BAI Jing,XI Bsoshu et al.A digital simulation study on the effect of change in cardiovascular system parameters on the pulse waveform of the pradial artery[J].Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(4):288～292
孔 谙，白 净,席葆树等.心血管系统参数变化对脉搏波波形影响的数字仿真研究[J].航天医学与医学工程，1999,12(4):288～292
[11] WANG Zhijian.Detection and research on finger pulse wave[J].Shandong Journal of Biomedical Engineering,1997,16(2)：11～15
王志坚.指端脉搏波的检测及其研究[J].山东生物医学工程,1997,16(2)：11～15
收稿日期：1999-10-21, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所，北京100094
关键词：血压；测量方法；脉搏波特征参数
航天医学与医学工程000217摘要：综述了国内外动脉血压连续测量方法的研究进展，重点分析了张力测定法、容积补偿法和利用脉搏波特征参数间接测量血压等方法的原理和特点，探讨了研究动向和存在的问题,提出了改进思路。
中图分类号：R318.6 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)02-0148-04
Research Progress of Methods of Continuous Measurement of Blood Pressure.
JIAO Xue-jun,FANG Xing-ye.
, http://www.100md.com
Abstract: Research progress of methods of continuous measurement of blood pressure is presented. Principles and characteristics of several methods of continuous measurement of blood pressure are analyzed in detail. Some research tendencies and problems are discussed. Finally author's opinion about improving methods of continuous measurement of blood pressure is put forward.
Key words:blood pressure;measuring method;characteristic parameters of pulse wave
, 百拇医药
血压是反映心血管功能的重要生理参数,在反映心脏泵血功能方面,血压比心电更有效。在载人航天飞行期间,为了及时了解和掌握航天员的生理状态,血压也是被检测的重要指标之一。
在动脉血压间接测量方法中,目前使用最广泛的是断续测量方法，主要以柯氏声法和示波法为代表。它们的共同点是，在测量时都需要用气袖阻断动脉血流，在放气过程中检测柯氏声或振荡波，然后利用检测到的特征点所对应该时刻袖套内的压力值来确定血压值。断续测量的主要缺点是，在测量过程中以每搏血压相同为判定血压的前提。在出现心率失常时，由于柯氏声断续出现或振荡波的不规则，判断特征点造成困难，进而无法准确给出血压值；另外一点是由于一次测量需要一定的周期(大约1 min左右)，致使无法在短时间内，检测每搏血压的变化。
与断续测量方法相比，血压无创性连续测量方法有其无法比拟的优越性，特别适合于某些特殊环境(例如短时间失重、超重等)下观察被试者血压的连续变化。长期以来由于在测量技术上有一定难度，使其发展大大滞后于断续测量方法。
, 百拇医药
本文介绍了两种基本的血压连续间接测量方法，并提出进行改进的基本思路。
张力测定法
这种方法出现在本世纪六十年代，其基本原理是当一个具有内在压力的血管被外在物体部分压扁时，其血管壁内的周应力发生变化，当外力达到某一特定值时，使内压力等于外压力，通过测量外压力而得到动脉血压。Pressman和 Newgard 研制了一种张力计，采用一个平板直接压在动脉表面的皮肤上，图1为这种动脉张力计的结构图。小于动脉宽度的圆柱形动脉压板的压力使动脉壁内的周应力发生变化，通过一个测量微小力的传感器测量动脉内的径向压力。调节传感器和皮肤之间的压力使传感器输出的脉压波达到最大，此时跨壁压等于零，即动脉血管外压等于内压，因此波峰点对应的压力为收缩压，波谷点对应的压力为舒张压。采用侧板使皮肤变平，使垂直方向的皮肤张力等于零,垂直方向的力完全来自动脉搏动。
张力测定法测量精度较高，但该方法在被试者的生理状态发生变化时,施加的外力不能跟随平均压的变化而变化,导致外压不等于内压，产生测量误差。因此Bahr和Petzke研制了一种改进型的张力计，它采用电子反馈来跟随平均压的变化，提高了测量精度。这一方法对传感器定位要求高，安装时须将动脉压在骨胳上，长时间测量时，保持传感器测量位置较为困难。因此应用该方法研制的血压测量仪器仍处于试验阶段，未见到成熟的产品。
, 百拇医药
图1 张力测定法原理图
Fig.1 Principle of tension method
容积补偿法
容积补偿法[1]最早由Penaz 于1973年提出,通过预置的参考压力值使动脉处于去负荷状态,同时采用伺服系统补偿因动脉内压的变化引起的动脉容积变化,使动脉容积维持去负荷动脉容积,此时袖套内压等于动脉内压,因此可通过测量袖套内压间接测量动脉血压。采用该方法测量血压的关键是预置参考压力,Penaz 建议预置参考压力为动脉血管最大容积的1/3时的袖套压力。1980年Yamakoshi.k[2]采用容积补偿法实现了对动脉血压的连续监测。图2为其测量原理图。他利用液压腔预置参考压和脉搏描记计的输出控制液压伺服装置，使动脉容积维持去负荷动脉容积。预置的参考压力采用振荡波幅度最大时的指套压力为参考压,此时动脉血管处于去负荷状态。该方法设置参考压方便,而且减少了测量误差。但该测量装置体积较大,在测量前利用微处理器寻找使动脉处于去负荷状态的参考压力时需要1 min,在测量过程中需保持袖套和心脏处于水平位置。有人采用充气袖套代替液压腔,光电传感器采用受调制的红外线，使该系统对运动干扰和周围光线的影响不敏感,测量前寻找参考压力只需10 s。1991年Yamakoshi.k对原测量装置进行了改进，他采用了气动袖套[3],同时用补偿器补偿心脏和指端的流体静力学压差,因此测量过程中无需保持袖套和心脏处于水平位置,该设备能在日常生活条件下连续监测动脉血压。1991年S.Tanoru将气动袖套放在头部[4],将脉搏描记计放在袖套下,这样可以减少测量过程中对受试者的限制,同时降低了长时间测量时静脉充血的影响,提高了测量精度。
, http://www.100md.com
容积补偿法是目前较成熟的连续血压测量方法。市场上销售的产品多采用这种测量原理。但该方法在长时间测量时静脉充血影响较大;当血管收缩节率较大时,将影响脉搏描记计的输出波形,致使参考压的设置困难,影响测量精度[3];由于需要在被测部位保持一定的压力,使舒适性较差;另外测量装置复杂，使用时给被试者带来不便。
图2 容积补偿法血压测量框图
Fig.2 Block diaguam of volume compeusation method
通过脉搏波参数间接测量血压
前面已谈到，前两种方法虽可以连续测量血压值，但长时间、动态使用时，它们并不是最好的方法，为此不少学者开始探讨血压连续测量的新途径。途径之一就是利用脉搏波参数与血压之间的关系，来间接推断血压的变化，甚至给出血压的绝对值。早在1976年，Brain Gribbin 等提出利用脉搏波传播速度(PWV)连续测量血压变化[5]，他们的实验结果表明，PWV可以可靠地跟随血压变化，但不能给出血压的绝对值。
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关于PWV与血压是否为线性关系的问题，1986年F.J.callaghan 等人对11例被试者进行了研究[6]，发现其中7例呈线性关系，另外4例呈高阶函数关系。1991年陆渭明等进一步探讨了影响PWV与血压之间线性关系的因素[7]。他们指出，在体测量PWV-血压相关性变差的原因主要是血管壁平滑肌的固有弹性(VE)和舒缩活动(VM)，特别是VM，通过影响血管弹性间接影响PWV而造成的。并指出为了提高利用PWV间接测量血压的精度，可在测量PWV的同时，辅以VM的监测。
为了能使得PWV不仅可以反映血压的变化，还可以给出血压的绝对值，有人采用统计分析建立回归方程的方法，通过脉搏波传导时间来计算收缩压和舒张压。英国生产的BP-50型全自动血压测量仪就采用了这一原理。具体方法是：利用心电R波的峰值为起始点，测量R波触发后脉搏波传导到手指末端所需的时间，再利用所建立的收缩压和舒张压的回归方程，将传导时间换算为收缩压和舒张压。为了保证测量的准确性和通用性，在每次测量前，均需自检，并通过输入当时对被试者实测的收缩压和舒张压，进行校准，在确认误差小于10%后，方可开始正式测量。这种无需袖带的测量方法给被试者带来极大方便，投放市场后受到医生和病人的欢迎。但通过笔者的初步使用发现，该仪器在反映舒张压方面，不如收缩压敏感，即在24 h实际测量期间，舒张压的变化很小，仅为±2mmHg。为了近一步提高测量精度，1995年胡章和等人通过提取与脉搏波有关的特征值(α)[8]，采用统计分析原理，建立收缩压、舒张压和α之间的回归方程监测孕妇血压，取得了成功。
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罗志昌[9]等研究了脉搏波波形与生理因素的关系，提出了一个以脉搏波面积变化为基础的脉搏波特征量K值[K=(Pm-Pd)/(Ps-Pd],其中Ps、Pd分别为收缩压和舒张压，Pm为平均压)的新的提取方法。经理论分析和大量实验证实，K值能较好地反映人体心血管系统中血管外周阻力、血管壁弹性和血液粘度等生理指标。这提示我们可否作为新的参数应用于连续血压测量中。孔谙等[10]进行了心血管系统参数变化对脉搏波波形影响的数字仿真研究，它也有助于血压测量方法的研究。
结束语
动脉血压的连续测量无论在临床上和航天医学研究中都是迫切需要的。目前市场上出现的血压连续测量仪器大多采用容积补偿法。为了减少在长时间测量过程中对被试者的影响，从最初使用的一只充气指套，变为两只指套交替使用；测量部位从手指变为头部，经过这些改进后，降低了长时间测量静脉充血的影响，提高了测量精度。但是由于需要对指套或头套充气(早期为充液体)，并通过伺服系统维持一定的压力，这不仅使测量装置复杂，并给被试者带来痛苦，特别在载人航天或地面特殊环境下使用受到限制。本文介绍的第3种测量方法，虽然还不完善，但使用方便，对被试者基本无影响，有较好的发展前景，值得进一步探讨。改进的基本思路是：在测量脉搏波传导时间的基础上，同时监测能反映心血管状态的其他参数，例如前面提到的脉搏波特征参数K、VM以及脉搏波降中峡的相对高度[12](降中峡的高度与脉搏波的最大高度的比值)等，最后通过建立多元回归方程的方法，最终求出血压的绝对值。
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[参考文献]
[1] A.Kawarada. Ambulatory monitoring of indirect beat-to-beat arterial pressure in human by a volume-compensation method[J].Medical & Biological Engineering & Computing January，1991，29：55～62
[2] K.Yamachoshi. Indirect measurement of instantaneous arterial blood pressure in the human finger technique[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering,1980，27(3):150～155
[3] K. Yamakoshi .Noninvasive measurement of beat-to-beat vascular viscoelastic properties in human fingers and forearms[J]. Medical & Biological Engineering & computing，1985,23：43～47
, http://www.100md.com
[4] Shinbu Tanaka. A new ambulatory system for beat-to-beat blood pressure in superficial temporal artery using the volume-compensation method[J]. Journal of the international federation for Medical & Biological Engineering,1991，29：466
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[7] LU Weiming.Research on the main elements influencing blood pressure ineasurement by pulse wave velocity[J].Chinese Journal of Blomedical Engineering,1995,14(1)：88～93
陆渭明.对利用脉搏波传播速度间接测量血压时主要影响因素的研究[J].中国生物医学过程学报,1995,14(1)：88～93
[8] HU Zhanghe.Correlation between a pregnant woman's blood pressure and her pulse waves[J].Journal of Blomedical Engineering,1995,12(2)：162～164
胡章和.孕妇血压与脉搏波的相关性研究与应用[J].生物医学工程杂志,1995,12(2)：162～164
, 百拇医药
[9] LUO Zhichang.A reasearch on characteristic information of pulse wave[J].Journal of Beijing Polytechnic University,1996,22(1)：71～79
罗志昌.脉搏波波形特征信息的研究[J].北京工业大学学报,1996,22(1)：71～79
[10] KONG An,BAI Jing,XI Bsoshu et al.A digital simulation study on the effect of change in cardiovascular system parameters on the pulse waveform of the pradial artery[J].Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(4):288～292
孔 谙，白 净,席葆树等.心血管系统参数变化对脉搏波波形影响的数字仿真研究[J].航天医学与医学工程，1999,12(4):288～292
[11] WANG Zhijian.Detection and research on finger pulse wave[J].Shandong Journal of Biomedical Engineering,1997,16(2)：11～15
王志坚.指端脉搏波的检测及其研究[J].山东生物医学工程,1997,16(2)：11～15
收稿日期：1999-10-21, 百拇医药