脉搏测试仪文献综述
2020-04-10 16:11:32
查阅了一些著名的学术期刊杂志和专业书籍,检索了一些比较好的专业网站,收集了相关的知识要点,并且进行了仔细的阅读和研究,现将文献概述如下:
脉搏诊断在临床中应用广泛,根据脉象的变化,医生可以测知人体生理状况,分析病变原因。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据,历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过”摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波的幅值与波形变化,反映出在一个心动周期中动脉血压随时间的脉动变化,其医学信息非常丰富,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,脉搏波信号更是低频非电信号,采集处理极为不便。本系统可用于信号分析、医学研究、健康普查和心血管疾病检测等,具有很大的推广实用价值。
脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号,脉搏波更是具有以下特点,脉搏波是强干扰下的微弱信号,幅度很小(约是微伏到毫伏的数量级),易引入干扰,有50Hz的工频干扰,有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号。脉搏信号因人体生理、病理、心理的不 同而不同,又受环境 、时间、气候的影响,表现出同一个人在不同的时间、地点有不同的脉象,有时也会有不同的疾病表现出相同的脉象。针对脉搏信号的特点,脉搏信号检测的关键是提取信号的特征,脉搏信号特征提取目前所用的方法主要有时域分析法 、频域分析法、时频联合分析法和系统辩识与参数估计法。目前有以下几种检测方法:光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。
近年来,光电检测技术在临床医学应用中发展很快,这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰,具有很高的绝缘性,且可非侵入地检测病人各种症状信息。用光电法提取指尖脉搏光信息受到了从事生物医学仪器工作的专家和学者的关注。脉搏波是以心脏搏动为动力源,通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时,有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内,使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能。心脏停止收缩时,扩张了的那部分血管也跟着收缩,驱使血液向前流动,结果又使前面血管的管壁跟着扩张,如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似,因此称为脉搏波(pulsewave)。人体手指末端含有丰富的小动脉,它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息,用光电法拾取这些信息是无损伤方法,而且简单易行。但是能否有效地用光电法测得脉搏不仅和被测对象有关而且和工程上的检测方法有关,我们认为,用红外光电法通过指尖测量脉搏是一种比较先进的检测手段。
发光二极管发出的光照射到手指上,被手指组织的血液吸收和衰减后由光敏三极管接收,由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化,它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的。于是光敏三极管输出信号的变化也就是周期性变化,反映了动脉血的变化,完成了变化的光信号到变化的电信号的转变,之后将信号经后置电路滤波、放大、A/D转换和进一步处理。
目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放整型等处理,再经过模数转换和进一步处理。这种方法不仅增加了硬件的复杂程度,增大了功耗和体积,更主要的是增加了系统不可靠和不稳定因素。随着电子测量技术的迅速发展,现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。本文针对目前的脉搏波检测系统的问题,提出了脉搏波检测系统的数字化设计思想,采用了ADI公司生产的ADμC841单片机,它的体积小,功耗低,内部集成了8052微处理器的内核,精确、高速的8通道12位模数转换(其最高转换速率420Ksps),双12位的输出电压数模转换器,并提供了62k字节闪速电擦除程序存储器、8k字节闪速/ 电擦除数据存储器、以及2304字节的数据RAM等。
脉搏检测中关键技术是传感器的设计与传感器输出的微弱信号提取问题, 本文设计的脉搏波检测系统以光电检测技术为基础,并采用了脉冲振幅光调制技术消除周围杂散光、暗电流等各种干扰的影响。并利用过采样技术和数字滤波等数字信号处理方法,代替实现模拟电路中的放大滤波电路的功能。电路简单易于实现。
参考文献:
[1] 康华光.电子技术基础 数字部分(第五版)[M],北京:高等教育出版社,2007.
[2] 康华光.电子技术基础 模拟部分(第五版)[M],北京:高等教育出版社,2007.