基于光电检测脉搏波的多功能电子血压计

专利名称：基于光电容积脉搏波的无创连续血压测量方法专利类型：发明专利
发明人：李晓风,李皙茹,谭海波,许金林,吕波,元沐南,程龙乐,潘婉苏
申请号：CN201710546746.6
申请日：20170706
公开号：CN107157461A
公开日：
20170915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及血压测量技术领域，具体地说，涉及一种基于光电容积脉搏波的无创连续血压测量方法。

其包括以下步骤：步骤一、采集测量对象的容积脉搏波，获取数字容积脉搏波；步骤二、提取数字容积脉搏波的最大幅值Hp、最小幅值Ht和心脏搏动周期T，进而获取数字容积脉搏波在一个心脏搏动周期T中的脉搏波波形面积Aarea和脉搏波平均幅值Have；步骤三、获取二阶微分容积脉搏波，提取二阶微分容积脉搏波在一个心脏搏动周期T中的第一上升支点P1和第二上升支点P2，进而获取脉搏波传导时间PWTT，脉搏波传导时间PWTT为第一上升支点P1和第二上升支点P2间的时间差；步骤四、获取脉压差DP；步骤五、获取收缩压SBP；步骤六、获取舒张压。

本发明测量精度高且测量简便。

申请人：中国科学院合肥物质科学研究院
地址：230001 安徽省合肥市蜀山湖路350号科学岛
国籍：CN
代理机构：北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：汤东凤
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脉搏波技术：电子血压计应采用脉搏波技术，提高测量准确性引言随着科技的发展和人们对健康意识的增强，电子血压计作为一种便捷准确测量血压的设备越来越受到人们的关注和使用。

然而，由于传统电子血压计采用的振动法测量技术存在一定的局限性，测量结果有时会受到多种因素的影响，从而导致测量准确性降低。

因此，将脉搏波技术引入电子血压计，有望提高其测量准确性。

本文将从脉搏波技术和其在电子血压计中的应用角度进行探讨，以期为电子血压计的改进提供参考。

什么是脉搏波技术？脉搏波技术是一种通过观察和记录人体动脉脉搏波形来分析血压状况的方法。

人体的动脉脉搏波形是由心脏收缩和血液通过动脉时产生的一系列脉搏所组成的。

通过测量和分析脉搏波形，可以获得许多与血压相关的参数，如收缩压、舒张压和脉压等。

脉搏波技术的优势与传统的振动法测量技术相比，脉搏波技术具有以下几个优势：1.直接测量血压参数：脉搏波技术可以直接测量动脉脉搏波形，从而直接获得与血压相关的参数，而不需要经过计算和转换。

2.提供更多信息：脉搏波技术可以提供更为详细的血压参数，如脉搏波形的上升时间、下降时间和面积等，这些参数可以提供更准确和全面的血压信息。

3.减小干扰影响：脉搏波技术对外界干扰的敏感性相对较低，可以减小外部因素对测量结果的影响，从而提高测量准确性。

4.适用性广泛：脉搏波技术适用于各种人群，无论是正常人群还是患有心血管疾病的患者，都可以通过脉搏波技术获取准确的血压参数。

脉搏波技术在电子血压计中的应用由于脉搏波技术的优势，越来越多的电子血压计开始采用脉搏波技术来提高测量准确性。

通过使用脉搏波技术，电子血压计可以获得更准确的血压测量结果，并且可以提供更多相关的血压参数。

脉搏波技术的应用使电子血压计在以下几个方面得到了改进：1.准确性提高：脉搏波技术直接测量脉搏波形，避免了传统振动法测量中可能存在的误差，从而提高了测量准确性。

2.自动化测量：脉搏波技术可以实现电子血压计的自动化测量，无需人工干预，减少了操作的不确定性，提高了测量的一致性和可重复性。

脉搏波法无创电子自动血压计检定规程1 范围本规程适用于脉搏波法原理的无创电子自动血压计[以下简称血压计，包括无创血压监护仪、多参数监护仪(无创血压部分)及电子血压计]的首次检定、后续检定和使用中检查。

2 引用文件本规程引用下列文件：JJG 692-2010 无创自动测量血压计YY 0670-2008 无创自动测量血压计IEC 60601-2-30:2009 医用电气设备—第2-30部分：自动无创伤性血压计的基本安全和基本性能的专用要求ISO81060-2：2013 无创血压计—第2部分：自动测量型血压计临床验证试验（OIML）R16-2 无创自动血压计凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程,凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本规程。

3 术语和计量单位3.1 术语3.1.1 脉搏波pulse wave脉搏波是心脏的搏动(振动)沿动脉血管和血流向外周传播而形成的波。

3.1.2 舒张压 diastolic blood pressure由血液循环系统中心脏（室）舒张结果产生的动脉血压的最小值。

3.1.3 收缩压 systolic blood pressure由血液循环系统中心脏（室）收缩结果产生的动脉血压的最大值。

3.1.4 袖带 cuff由气囊和套带组成的部件，缠绕于病人肢体上使用；气囊是袖带内的可充气部件，套带是包围气囊的无弹性部分。

3.1.5 血压模拟器 non-invasive blood pressure simulator，NIBP simulator模拟脉搏波法充气和放气过程中袖带脉搏波的设备。

3.1.6 无创血压监护仪 non-invasive blood pressure monitor，NIBP一种可自动定时启动血压测量和记录人体血压的无创自动测量血压计。

3.1.7 脉率 pulse rate动脉波动的频率。

3.2 计量单位采用的计量单位有：千帕斯卡（kPa）、毫米汞柱（mmHg）、秒（s）。

电子血压计的手腕式与上臂式要求研究引言血压是衡量人体心血管功能的重要指标之一。

随着科技的发展，电子血压计已经成为了现代医疗设备中不可或缺的一部分。

而电子血压计的两种主要形式是手腕式和上臂式。

本文将对这两种形式的电子血压计进行研究，探讨它们的要求和区别。

1. 手腕式电子血压计手腕式电子血压计是一种基于脉搏波测量血压的设备。

它通常由一个带有传感器的手环和一个显示屏组成。

使用手腕式电子血压计时，用户将手环戴在手腕上，如同佩戴手表一样，然后按下启动按钮以开始测量。

1.1 基本要求手腕式电子血压计的基本要求如下：•准确性: 手腕式电子血压计应该能够准确测量出用户的血压值。

因此，它的传感器和算法需要具备高精度。

•可靠性: 手腕式电子血压计应该能够长时间稳定工作，并能够在多次使用后仍然保持准确性。

•舒适性: 手腕式电子血压计直接接触用户的皮肤，因此应该具备舒适的佩戴感受，不会给用户带来不适或疼痛。

1.2 优点与缺点手腕式电子血压计相较于上臂式电子血压计具有以下优点：•便携性: 手腕式电子血压计体积小巧，便于携带，用户可以在不同的场合和时间随时进行血压测量。

•灵活性: 手腕式电子血压计使用方便，用户只需要将手环戴在手腕上，按下启动按钮即可完成测量，省去了繁琐的穿脱步骤。

•易读性: 手腕式电子血压计通常配备了一个清晰易读的显示屏，用户可以直接在显示屏上看到自己的血压数据。

然而，手腕式电子血压计也存在一些缺点：•受运动影响: 手腕式电子血压计的准确性易受到用户行为的影响，如移动、抖动等因素会干扰血压测量结果。

•定位不准确: 相较于上臂式电子血压计，手腕式电子血压计的位置相对不稳定，使用者可能难以确保准确的位置和角度。

2. 上臂式电子血压计上臂式电子血压计是另一种常见的电子血压计形式。

它通常由一个袖带和一个显示屏组成。

使用上臂式电子血压计时，用户将袖带套在上臂上，然后按下启动按钮以开始测量。

2.1 基本要求上臂式电子血压计的基本要求如下：•准确性: 上臂式电子血压计应该能够准确测量出用户的血压值。

基于光电容积脉搏波的无创血压连续测量研究进展
叶青;章祎枫;沙金亮;方桦;余瑛
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)5
【摘要】在临床诊断过程中,血压能够反映患者血液流动、身体体征变化等生理信息,是诊断组织器官健康状态的重要参考数据。

由于传统血压测量方法存在有创、间断等局限性,利用光电容积脉搏波描记法(photo plethysmo graphy, PPG)实现血压的无创连续检测成为当前血压测量的热门研究领域。

为此,首先简要介绍了PPG的理论背景与技术原理;其次阐述了利用PPG进行血压预测的具体流程,包括公开数据集、评估标准、预处理方法、特征提取与模型建立,并就不同方法的优缺点进行了对比分析;最后,总结了基于PPG实现无创血压连续测量的挑战与未来研究方向,为今后的研究提供参考。

【总页数】19页(P1756-1774)
【作者】叶青;章祎枫;沙金亮;方桦;余瑛
【作者单位】江西中医药大学计算机学院;江西中医药大学中医人工智能重点研究室;南昌大学教育技术与教学资源中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于光电容积脉搏波的无创血糖测量研究
2.基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量
3.基于脉搏波相位差的无创连续血压测量方法
4.基于多波长光电容积脉搏波采集系统的连续血压测量方法
5.基于光电容积脉搏波的无袖带血压测量技术研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量
李章俊;王成;朱浩;金凡;马俊领
【期刊名称】《中国生物医学工程学报》
【年(卷),期】2012(031)004
【摘要】为了摆脱传统血压计充气袖带的束缚、实现长期连续的血压监测,很多学者开展了基于PPG实现无创、连续血压监测的研究.阐述基于光电容积脉搏波描记法( PPG)实现无创、连续血压测量的基本原理.将当前基于PPG无创血压监测的研究分为3类,分别为心电(ECG)与PPG结合的血压测量技术、两路PPG结合的血压测量技术、脉搏波特征参数血压测量技术,分析这3类技术的基本测量原理、测量精度及其优缺点.在此基础上,论述基于PPG实现无创、连续监测血压的发展方向.【总页数】8页(P607-614)
【作者】李章俊;王成;朱浩;金凡;马俊领
【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093
【正文语种】中文
【中图分类】R318
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1.基于SWT和ANN的无创连续血压测量方法研究 [J], 吴育东;钟舜聪;沈耀春
2.基于光电容积脉搏波描记法的反射型PPG信号传感器的设计 [J], 周一峰;刘超英;黄虎;郭一鸣;邹林方
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5.基于示波法和光电容积脉搏波描记法的动脉顺应性动态检测仪 [J], 赵安;吴宝明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于心电信号－光电容积脉博波信号多特征参数无创血压监测系统设计佚名【摘要】针对传统血压计袖带使用给患者带来的不便以及现有的利用单一脉搏波传导时间( pulse wave translation time,PWTT)进行无创血压监测稳定性较差等问题,本研究提出基于心电信号(electrocardiograph, ECG)－电容积脉搏波信号( photoplethysmo graphy ,PPG)多特征参数融合的无创血压监测、检测方法,并设计相应的血压监测系统.系统通过采集ECG和PPG提取特征并建立血压计算模型.模型以PPG传导时间PWTT、PPG上升支时间与PPG周期之比λ和PPG峰峰值φ为自变量,实测血压值为因变量进行回归分析,得到收缩压(systolic blood pressure ,SBP)和舒张压( diastolic blood pressure ,DBP)回归方程,实现无袖带血压连续监测、检测.利用该方法对30名志愿者进行验证实验,结果显示,本系统所测SBP与实测SBP绝对误差均值Ed＝2.3067 mmHg,标准差SD＝1.4633 mmHg;DBP绝对误差均值Ed＝2.4133 mmHg,标准差Sd＝1.9894 mmHg,符合AAMI推荐标准.通过Bland－Altman一致性分析,本系统与水银血压计所测SBP、DBP相关系数分别为0.9878、0.9730,一致性界限分别为(－4.9300,5.6770)、(－6.1950,6.0620).实验结果证明,通过本方法可以实现无袖带血压的连续监测、检测,为便携式可穿戴设备血压实时监测及临床无袖带血压检测提供了可参考的实施方法.【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】7页(P447-453)【关键词】心电信号－光电容积脉博波信号;血压监测;无袖带;单一脉博波传导时间;无创;Bland－Altman【正文语种】中文【中图分类】R318;O657.331 前言血压(blood pressure，BP)是心血管功能评估的重要指标[1]。

基于IPPG的非接触式血压测量随着人们对健康的关注日益增加，血压成为一个重要的健康指标。

传统的血压测量方法需要使用充气袖带，这种方法存在着不便捷、痛苦和感染的风险。

因此，研究人员一直在寻找一种更为便捷和非接触的血压测量方法。

基于IPPG（脉搏波形变量）的非接触式血压测量技术应运而生。

IPPG是通过光电检测技术测量皮肤血流量的一种方法。

这种方法使用光电传感器将光电信号转化为电信号，通过分析电信号的变化来获得心脏搏动引起的血流量变化。

而血压则是通过心脏搏动引起的动脉血流量变化而产生的。

基于IPPG的非接触式血压测量技术的优势在于它无需直接接触人体，避免了传统袖带测量的不便和痛苦。

此外，由于不需要使用袖带，也减少了感染的风险。

这种技术不仅适用于成年人，还适用于婴儿和儿童，具有广泛的应用前景。

然而，基于IPPG的非接触式血压测量技术也存在一些挑战。

首先，由于光电传感器的灵敏度有限，测量结果可能受到环境光的干扰。

其次，由于人体的生理和心理状态会对血压值产生影响，因此需要进行个性化的校准。

此外，由于心脏搏动引起的血流量变化是微弱的，需要使用高灵敏度的光电传感器和精确的算法来进行测量和分析。

近年来，随着光电传感器和算法的不断改进，基于IPPG的非接触式血压测量技术已经取得了一些重要的进展。

研究人员利用机器学习和人工智能的方法，可以通过分析血流量变化和心脏搏动的特征，准确地预测血压值。

这为基于IPPG的非接触式血压测量技术的应用提供了更加可行的可能性。

综上所述，基于IPPG的非接触式血压测量技术是一种具有潜力的血压监测方法。

它可以避免传统袖带测量的不便和痛苦，同时也减少了感染的风险。

虽然目前还存在一些挑战，但随着技术的进步和应用的推广，基于IPPG的非接触式血压测量技术有望在未来得到广泛应用。

电子血压计工作原理详解电子血压计是一种常见的测量血压的设备，它通过传感器将人体的血压转化为电信号，并将结果显示在屏幕上。

本文将详细介绍电子血压计的工作原理，以便读者更好地理解其工作原理和使用方法。

一、测量原理电子血压计的测量原理基于袖带的脉搏波信号和压力信号。

具体而言，测量过程可分为以下几个步骤：1. 充气：首先，电子血压计会通过电子控制装置将气体注入袖带中，以使其与被测者的手臂紧密贴合。

2. 压力检测：在充气后，电子血压计会感知袖带中的压力信号。

这可以通过压力传感器来实现，压力传感器会将袖带内的压力转化为电信号。

3. 心跳检测：同时，电子血压计还会感知到被测者的心跳信号。

这一步利用了袖带中的脉搏波传感器，它能够检测到被测者的脉搏波信号，并将其转化为电信号。

4. 数据分析：电子控制装置会将压力信号和脉搏波信号转化为数字信号，并进行分析处理。

通过比较每个心跳周期中的最高压力和最低压力，血压计可以计算出被测者的收缩压和舒张压。

5. 结果显示：最后，电子血压计将计算得到的血压值以数字方式显示在屏幕上，供用户参考。

二、工作原理详解电子血压计的工作原理主要涉及到压力传感器、脉搏波传感器和电子控制装置。

以下是各个部件的工作原理的详细解释：1. 压力传感器：压力传感器是电子血压计中的重要组成部分，它通过感知袖带中的压力变化来测量血压。

压力传感器通常由薄膜密封，内部有微小的应变片。

当袖带充气后，应变片会承受压力，并产生微小的变形。

这个变形会引起电阻的改变，进而将所测得的压力转化为电信号。

2. 脉搏波传感器：脉搏波传感器位于袖带内部，贴近被测者的手臂。

它们可以检测到被测者的脉搏波信号，并将其转化为电信号。

脉搏波传感器通常采用光学原理来感知脉搏波的变化，例如使用红外光源和光电二极管来测量被测者血液的体积变化，从而获得脉搏波信号。

3. 电子控制装置：电子控制装置是电子血压计的主要控制部件，它负责接收和处理来自压力传感器和脉搏波传感器的信号，并将其转化为数字信号。

电子血压计的压力传感器技术解析在现代医疗领域，电子血压计已经成为常见的医疗设备，广泛应用于医院、诊所和家庭中。

而电子血压计能够准确测量血压的关键在于其压力传感器技术。

本文将对电子血压计的压力传感器技术进行深入解析。

一、电子血压计概述电子血压计以其便捷、准确的特点，逐渐取代了传统的水银血压计。

其内部包含压力传感器，通过检测人体的动脉压力，实现对血压的测量。

压力传感器是电子血压计的核心组成部分，下面将重点介绍几种常见的电子血压计压力传感器技术。

二、压电传感器压电传感器是一种能够将压力变化转化为电压信号的传感器。

在电子血压计中，压电传感器常常被采用。

当人体血压导致血管的膨胀和收缩时，血管周围的压力也会发生变化，压电传感器能够感知这种变化，并将其转化为电信号，再通过电路进行处理，从而得出准确的血压测量结果。

三、应变片传感器应变片传感器是另一种常见的电子血压计压力传感器技术。

应变片传感器利用金属材料在受到压力时的变形特性，通过检测材料的变形程度来获得压力信息。

在电子血压计中，应变片传感器被安装在袖带中，当袖带被充气到一定压力时，应变片传感器会感知到袖带的变形并输出电信号，通过这种方式实现对血压的测量。

四、压阻传感器压阻传感器是一种将压力转化为电阻变化的传感器。

在电子血压计中，压阻传感器常常用于测量脉搏波的传感。

当心脏收缩时，血管内的压力会增加，这时压阻传感器会感知到变化并输出相应的电阻值。

通过计算这种电阻值的变化，电子血压计能够准确测量脉搏波的信息，从而获取血压值。

五、光电传感器光电传感器是一种基于光电效应的传感器。

在电子血压计中，光电传感器主要用于检测脉搏波的变化。

光电传感器通过红外光束对皮肤进行照射，当皮肤上的血流量发生变化时，光电传感器就能够感知到光强的改变，并将其转化为电信号。

通过分析这种变化的频率和幅度，电子血压计可以准确测量脉搏波的信息，进而获得血压值。

六、总结电子血压计的压力传感器技术在现代医疗中发挥着重要的作用。

基于STM32的脉搏测量仪设计脉搏测量仪是一种用来测量人体脉搏的医疗设备，可以用于监测心率和脉搏波形等信息，帮助医生了解人体的心血管健康状况。

本文将介绍基于STM32的脉搏测量仪的设计。

首先，我们选择了STM32系列的单片机作为主控芯片。

STM32系列具有低功耗、高性能和丰富的外设资源等特点，非常适合作为嵌入式系统的主控芯片。

接下来，我们需要设计传感器部分。

传感器可以采集脉搏信号，并将信号转换为数字信号供STM32芯片处理。

常见的脉搏信号传感器有光电传感器和压电传感器。

我们选择了光电传感器，因为它具有适应性强、响应速度快等优点。

光电传感器可以通过光电效应将脉搏信号转换为电信号，并使用模数转换器将模拟信号转换为数字信号。

然后，我们需要对脉搏信号进行预处理。

由于脉搏信号存在噪声等干扰，我们需要进行滤波和放大等处理，以提取出我们所需的脉搏信息。

滤波可以使用数字滤波器来实现，它可以有效地去除噪声。

放大可以使用放大电路来实现，以增加信号的幅度。

接着，我们需要编写软件算法来对脉搏信号进行分析和处理。

首先，我们需要使用数字信号处理算法来对信号进行分析，提取出脉搏的周期和幅度等信息。

然后，我们可以根据这些信息计算出心率等指标，并将结果显示在LCD屏幕上。

最后，我们需要设计用户界面和外设控制部分。

用户界面可以使用LCD屏幕和按键等元件来实现，用户可以通过按键来控制脉搏测量仪的功能。

外设控制部分可以使用串口、蓝牙等通信模块来实现，以便将脉搏数据传输到手机或计算机上进行进一步的分析和存储。

总结起来，基于STM32的脉搏测量仪设计主要包括：选择STM32作为主控芯片、设计传感器部分、进行脉搏信号预处理、编写软件算法、设计用户界面和外设控制部分等。

通过这些设计，我们可以实现一个功能齐全的脉搏测量仪，方便医生进行心血管健康监测和诊断。

多通道光电容积脉搏波
多通道光电容积脉搏波（Multi-Channel Photoplethysmography, M-PPG）是一种用于测量心率和血压波动的无创测量技术。

该技术通过
在人体皮肤上放置多个光敏传感器来监测血液的流动和脉搏变化，从
而获取生理参数的数据。

M-PPG技术可以同时测量多个通道的信号，从而得到更加准确的
心率和血压波动的数据分析。

该技术在医疗保健领域有着广泛的应用，可以用于血压监测、心血管疾病筛查、运动生理学、睡眠监测等多种
场合。

除了医疗保健领域，M-PPG技术还可以被应用于人机交互技术、
身体姿态识别等领域。

在智能穿戴领域，该技术可以被用作心率计、
血压计等设备的核心传感器，为用户提供全面的健康监测。

随着传感器技术和数据分析算法的不断发展，M-PPG技术将会更
加成熟，应用范围也将更加广泛。

未来，我们有理由相信这项技术会
为人类的健康、生活和科学研究带来不可替代的价值。

无创电子血压计的关键技术要求引言无创电子血压计是一种非侵入式的测量血压的设备，可以通过测量血压波形和判断心率来得出精确的血压数据。

为了保证无创电子血压计的准确性和可靠性，需要满足一些关键技术要求。

本文将从测量原理、传感器技术、信号处理和算法等方面分析无创电子血压计的关键技术要求。

测量原理无创电子血压计的测量原理主要是基于脉搏波的反射和传输特性。

设备通过压力传感器或光电传感器等测量元件，感知血液在动脉中流动产生的脉搏波，从而得到血压信息。

在设计无创电子血压计时，需要考虑选择适当的传感器和测量技术，以确保测量的准确性和稳定性。

传感器技术无创电子血压计中常用的传感器技术包括压力传感器和光电传感器。

压力传感器可以通过感知动脉中脉搏波的压力变化来测量血压，具有较高的准确性和稳定性。

光电传感器则是通过感知皮肤表面的光反射变化来获取脉搏波信号，通过信号处理和算法计算出血压值。

在选择传感器技术时，需要考虑传感器的灵敏度、响应速度、抗干扰能力等因素。

信号处理在无创电子血压计中，信号处理是至关重要的一环。

通过对传感器获取的脉搏波信号进行滤波、放大、采样和数字化处理，可以提取出血压波形和心率信息。

信号处理的关键是要保证脉搏波信号的完整性和准确性，以便后续的算法计算。

算法无创电子血压计的算法是根据脉搏波信号和心率信息计算血压值的关键。

常用的算法包括模拟算法和数字算法。

模拟算法通常是通过对血压波形进行分析和模拟，利用血压的脉压差和心率等参数来计算血压值。

数字算法则是通过对脉搏波信号进行数学处理和统计分析来得出血压值。

在选择算法时，需要考虑算法的精确性、实时性和可靠性。

数据存储和传输无创电子血压计测量得到的血压数据需要进行存储和传输。

数据存储可以采用内置存储器，将测量数据保存在设备中，以便日后查看和分析。

数据传输可以通过无线通信方式，将数据传输到手机、电脑或云服务器中，以实现远程监测和数据共享。

结论无创电子血压计的关键技术要求包括测量原理、传感器技术、信号处理和算法等方面。