光电脉搏检测.
方案
1.1课题研究背景及意义
随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命，而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。因此，心率计很快产生并得到发展。随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床者的需要，也是体育训练者和外出旅游者的需要。
1.2国内外现状
传统的脉搏测量采用诊脉方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是受人为的影响因素较大，测量精度不高。为了克服上述测量方法的不足，国内外脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法。
1.3研究内容
利用血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点，可通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并通过单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
生物医学传感器是获取生物信息并将其转换成易于测量和处理信号的一个
关键器件。光电式脉搏传感器作为是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。根据光电容积法原理，从改善光源、消除景光噪声、电磁屏蔽和提高信噪比四个方面出发，研究改进方法，对提高使用的灵活性和准确度有着重大意义。通过光电传感器对脉搏信号进行检测，并用单片机技术进行数据处理，实现智能化的脉搏测试技术。
第2章系统设计
2.1光电式脉搏传感器的原理和结构
2.1.1 光电式脉搏传感器的原理
人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，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。
根据郎伯-比尔(Lambert —beer)定律，物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射、衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。血液是高
度不透明的液体，光在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍。一般情况下，当光子穿越介质时，因能量被吸收而导致的强度衰减可描述为：
I丸严
式中错误！未找到引用源。是入射光强，错误！未找到引用源。是与组织结构相关的吸收系数（哺乳动物的错误！未找到引用源。值在0.1至100之间），错误！未找到引用源。是沿光轴方向的坐标长度。
脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖，组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。
图2-1 人体手指端还原蛋白与氧化蛋白光吸收率示意图
手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织,其中非血液
组织的光吸收量是恒定的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的,可以忽略。因此可以认为光透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的
，
那么在恒定波长的光源的照射下，本设计利用透射式的测量方法，通过检测透过手指的光强可以间接测量到人体的脉搏信号。
2.1.2 光电式脉搏传感器的结构
从光源发出的光除被手指组织吸收以外，一部分由血液漫反射返回。其余
部分透射出来。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式2
种，其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，接收的是透射光，
这种方法可较好地反映出心律的时间关系，但不能精确测量出血液容积
量的变化；反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是血液漫反射回来
的光，此信号可以精确地测得血管内容积变化。本文讨论的是透射式脉搏传感器，侧重于
脉搏信号的测量。
"a
2反射式光电传*15和谨射式光电停*S
2.2主要元器件选择和功能介绍
2.2.1 传感器 OPT101
OPT101型传感器是美国B-B 公司研制的集光敏器件（光敏二极管）与信号
放大于一体的器厂采用单电源供电，压电输出。输出电压随照射到光敏器 件的光强度呈线性变化。可用于医疗仪器、实验室仪表、位置与接近探测、 图像分析、条线码扫描器、温室的光照度控制等。
OP T101型传感器内部电
路结构如图4-2所示。2.2.1传感器OPT101
OP
T101型传感器的性能、特
点： （1） （2） （3） （4） （5） （6）
（7 ）采用8引脚DIP , 5引脚SIP ,与8引脚
构
表面贴装封装
（8）工作温度：0~70C
应用片内1M Q 与3pF 组成的反馈网络，即将引脚 这是电路的输出幅度与照射光线波长的关系如图 幅度的关系如图3-4所示。
与单电源应 用场合的标准运
单电源供电 +2.7V~~+36V 光敏二极管的尺寸：0.09*0.09in
片内放大器反馈电阻：Rf=1M Q 光敏二极管响应：0.45A/W （650nm 时） 响应带宽：14K Hz （Rf=1M Q ）
静态电流：120 mA 4、5连接即构成基本应用电路; 4-3，照射光线的入射角与输出
1 1
p
I
Ironed —
■
V
/
2陀
J
■Kunm 心斗齢蚀J
L
/
\\
V
f
!*r
III*" DIP 掰霞 iy
入必
zs
图4-4输出幅度与入射角的关系
图4-3输出幅度与照射光线波长的关系
2.2.2低功率运算放大器LM324
LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。 NORMALIZED' SPECTRAL PE 5POHSIVITY
3D0 400 500 60D 700 6D0 W IODO 1100 Wave enoth
(nm ；
6 4 3 伽 弘
他
*
嗫做誓词練
D9B7654321D - - - I- 1- IDDODDDA^^D
算放大器相比，它们有显著的有点：该四放大器可以工作在低到3.0伏或高到32伏的电压下，静态电流大致为MC1741的五分之一（对每个放大器而言），共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压。其特点为：
（1）短路保护输出（2）真差动输入级
（3）单电源工作，3.0V~~32V （4）低输入偏置电流，最大100 nA[LM324A]
(5)每一个封装四个放大器 (6)内部补偿 (7)共模范围扩展到负电源 (8)行业标准引脚输出 (9)在输入端的静电放电位增加可靠性而不影响器件的工作 2.2.3通用型集成电压比较器 AD790
双列直插式AD790单集成电压比较器，与集成运放相同，它有同相和反相两 个输入端，分别是引脚2和3;正、负两个外接电源± VS,分别为引脚1和4; 当单电源供电时，-VS 应接地。此外，引脚8接逻辑电源，其取值决定于负载所 需高电平。为了驱动TTL 电路，应接+5V,此时比较器输出高电平为4.3V 。弓|脚 5为锁存控制端，当它为低电平时，锁存输出信号
2.3系统硬件设计
主要包括信号采集和处理电路、单片机系统及显示电路两大部分。
2.3.1信号采集电路和处理电路
本设计采用红色发光二极管发出的光线通过手指照射在 0P T101的受光窗,
具体说明：0PT101芯片的5号引脚输出波动的电压信号，经R2、C2、C3接到LM324 放大器的反相输入端，为避免烦扰信号传到 U1A 的输入端，用C2、C3组成的双
极性耦合电容将其隔离。C4和R5构成低通滤波器，去除高频信号，截止频率为
3.33Hz 。通过AD790电压比较器，将信号转换为方波信号输入单片机。其中，左 下方的LM324提供参考电压，R10为电位器，用于调节电压比较器的参考电压， 以消除不同人手指的差异性。
2.3.2单片机系统及显示电路
在单片机设计中，我们使用12MHZ 勺晶振，用P0 P1和P2引脚控制三个数 码管进行显示，P3八2引脚用来接收已转化为方波的脉搏信号，并且带有复位开
当指尖的血流量随心脏跳动而改变时,
改变，这样光电流也发生波动性变化,
路图见下：
从LED 通过指尖到达受光窗的光线也随之 设计出来的电 从而采集到心脏脉搏信号。 图5-1信号采集和处理电路
图5-2单片机系统电路图
2.4单片机系统软件设计
我们设计的单片机程序中，采用单片机内部定时器定时检测周期 10s ,在10s 过程中，P3A2引脚检测方波脉搏信号，每次高电平来临，系统进行判断：相邻 两次高电平的时间差是否大于10ms 因为脉搏周期理论最大值为300ms 其中的 高电平时间会更小（这跟人的心跳特征有关），此判断能消除电压比较器的误判 和弥补个人心跳的差异性。10s 后心率显示在数码管上，并且每 10s 更新一次显 示。工作流程图见下。
关。
ALlWi
PLlfT^ PL? PL] PL + PLi
巩申 PL-
9
L r,^iT Lfr W
■| LS &
3 U !
*
4 2
5 J
J
L3 ￡ r3
L 2 w r
L ； J
J
1
汨
1
A
;匚
工 祸却 心: rjowfl
t ___________ A 比1阳川 妙叮 UU 御； Cig j cu 】畑 皿卅托 皿耶" （MS 胃
T-
QKD ^lUa\B30 ?:TJ 波 I AtSfESE.
KES
c
册
pjsau pj+axn
3CTJIL] MAL ：
円価i
円：flhi 务
E
R33 C=F m
HUT
.35 4
IK
■xA/n
KJ
2.5光电式脉搏传感器的噪声分析及改进
在测量过程中，前端测量到的脉搏信号十分微弱，容易受到外界环境干扰， 因此需要对脉搏传感器的干扰噪声进行分析，从光电式脉搏传感器设计的技术角 度减少干扰，使之能够准确测量到脉搏信号，光电式脉搏传感器的干扰主要有测 量环境光干扰、电磁干扰、测量过程运动噪声，下面对上述情况结合实验测量做 进一步的分析。
2.5.1环境光对脉搏传感器测量的影响
在光电式脉搏传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含脉搏信息的透 射光的信
号，而且包含测量环境下的背景光信号，由于动脉波动引起的光强变化 比背景光的
变化微弱得多，因此在测量过程当中要保持测量背景光的恒定， 减少 背景光的干扰。
为了减少环境光对脉搏信号测量的影响，同时考虑到传感器使用的方便性， 采用密封的指套式包装方式，整个外壳采用不透光的介质和颜色， 尽量减小外界 环境光的影响，为了避免测量过程中的二次反射光的影响， 在指套式传感器的内 层表面涂上一层吸光材料，这样能有效减少二次反射光的干扰。
IB 7 不加扭会和加腊会采集列的購捋蔽冊
由图 7 的图形明显可知，加上指套式外壳后的脉搏传感器测量到的脉搏波形 比较平滑。这是因为加指套式的脉搏传感器中环境光在测量过程中基本不受外界 环境光的影响，
冃.、
［/. 景光
图6单片机工作流程图
光电传感器在脉搏测量中的应用
光电传感器在人体脉搏信号采集系统中的应用 姓名：时劭科 专业：核工程与核技术 班级：080211 学号：08021117 2011年12月5日
摘要：脉搏是人类对自身生理特征认识非常早的一项指标，人类对脉搏的采集也是和社会技术发展同步的，从机械到电子发展到近代的光学。目前医疗产品中临床上的脉搏采集基本以光电传感器采集脉搏方法为主。光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。各种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。 一、引言 中医脉象诊断技术是脉搏测量技术在中医诊断上的卓有成效的应用。古代就有“切之以九脏之动，微妙在脉，不可不察”之说。脉诊是医生运用手指的触觉切按病人动脉脉搏以探查脉象、了解病情的诊断方法，通过诊脉可以了解气血的变化、阴阳的盛衰，对分析病理、推断疾病的变化、识别病情的真假、判断疾病的预后，都具有重要的临床意义。然而由于受到人为等多方面因素的干扰，使得传统的中医诊脉缺乏客观性，医家往往是“心中易了，指下难明”，因此，近代的许多学者便致力于脉诊的客观化研究，希望借助现代科学技术及成果实现脉诊的客观化。 目前我们常见的脉搏采集方法有：压力传感器法、超声脉图法、光电容积法、电容传感器法、电声传感器法等。以上这些方法中，超声脉图法和光电传感器法在目前临床应用中比较普遍。而电容、电声和压力传感器法多用于无创血压测量中的脉搏测量，其中光电式脉搏传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。 目前医疗产品中临床上的脉搏采集发展到光电传感器采集脉搏方法为主。光电传感器种类也比较多，大多都可用于对脉搏采集。它们有光敏电阻、光敏电池、光敏二极管等。以上几种光电传感器各有自己的特点，可用于不同情况下的脉搏采集。 (1)光敏电阻，它的特点是价格低廉，输出电流大、受温度的影响小、抗干扰能力比较强、可靠性好、器件本身不容易发生故障，它的缺点是响应时间慢。 (2)光电二极管和光电三极管它的特点是灵敏度高，响应时间快、但它受温度影响比较大、受光面小、而且有非常强的方向性、抗干扰能力弱、它的另一个特点是不同型号的管子对光谱响应有很大不同。 (3)光敏电池传感器它的特点是受光面积大、输出电流小、灵敏度高、响应速度快、光谱比较宽、受温度影响比较小，抗干扰能力一般。 二、脉搏的形成和生理特点 动脉管壁随着心动周期周而复始、一起一伏的搏动，称为动脉搏动，简称脉搏。当心室收缩时，血液冲开主动脉瓣，并把血液射入主动脉中，主动脉内压突然增高，迫使血管壁迅速膨大，当心室舒张时，主动脉压降低，主动脉壁因其具有弹性而回缩，这样，动脉管壁就随心室的收缩出现周期性的起伏搏动，形成脉搏，它存在于身体的每个部位，中医学的切脉，就是用手指的触觉和压觉分析桡动脉脉搏的频率、深浅、强弱及其他特征，作为诊断疾病的重要指标之一。 就容积式脉搏波的探测而言，指尖是较理想的部位，因为它位于肢体前端，容易实现非接触检测；其次，由手指的解剖结构可知，每个指尖的血液都是经指总动脉分两路从指干两侧通向指尖，再经丰富的冠状小动脉弥散至毛细血管，然
脉搏监测系统
姓名: 学院: 机电工程学院班级: 10机工A1 学号: 指导老师: 实训时间: 2013.6 实训地点: 14号楼411
脉搏监测系统 （一）内容 基于单片机或PC机，设计一套测试系统，用于将外周血管搏动（即脉搏跳动）信号进行采集分析。 集体要求： 1.测量脉搏显示波形图 2.计算脉搏测量的结果，并进行报警判断，控制报警灯显示 3.保存测量数据 4.数据回放 （二）要求 1.提出设计方案（提出测量原理，选择传感器，构建测试系统） 2.设计测量电路 3.测试软件设计 利用汇编语言、Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。 4.调试 5.撰写报告 （三）报告要求 1.综合实践的内容 2.撰写总体的设计方案，并画出测试系统框图 3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等） 4.电路设计（包括测量电路的设计等电路，系统总电路） 5.测量软件的设计 利用Labview或其他的开发程序（VB、VC等），设计测试软件进行数据是采集和分析。包括软件设计流程图，各功能实现的方法和代码（包括各主程序，子程序的描述以及相应的重要参数设置等描述） 6.小结和体会（可以包含调试中遇到的问题）。
目录 一、实训目的 二、总体方案设计 三、系统硬件元器件选用 四、电路总体设计 五、测试软件设置 六、课程设计小结 七、参考文献
脉搏监测系统传感器设计 一、实训目的 本次传感器应用实训的目的是巩固《传感器与检测技术》所学的各种传感器的原理及应用，同时综合《电子技术》《可编程控制技术》等课程所学的专业知识，制作并调试一个典型传感器作品，熟悉传感器及其处理电路的设计、制作、与调试方法，熟练掌握各种常用测量仪表的使用。 二、总体方案设计 1.测试原理 累积数千年来丰富临床经验的脉诊，是中国医学独特的诊病方法，在诊“望、闻、问、切”中占有重要的位置。由脉诊所得的脉象反映人体各和病理 状况，反映了五脏六腑气血盛衰观察体内功能变化的一个重要根据脉象的变化，可探测人体脏腑的气血、阴阳、生理与病理的状况。我国中医学家千年 的实践总结而成的脉学理论在中医辨证论治中起着重要的作用，也是人类的 重大贡献。目前，通过脉搏波的分析已经可以方便的估算出被测者的心血管 血流动力学的各项参数，如心输出量、外周阻力、血管顺应性等。然而要想 准确的判断患者的心血管等方面的情况和预测心血管疾病发生的可能性, 以 便及时采取措施有效地减少危险因素，首要的条件是要能准确清晰的获取患 者的脉搏信号。随着电子计算机技术和测量技术的迅速发展，脉搏测量、记 录和分析也有了很大的改善和进步。 脉搏的测量有很多方法，本系统主要是利用压力式传感器来获取脉搏信号。由压力式传感器采集脉搏信号，经过前置放大电路、滤波电路、积分和 比较电路后得到与脉搏相关的脉冲信号。人体的脉搏波可用特制的脉搏描记 器记录下来。从可见每个脉搏波描记曲线都由升支A和降支K构成。随后心 室舒张，心室内压低于主动脉血压，于是动脉血倒流，导致主动脉瓣关闭， 在曲线上形成降支切迹N，也叫降中峡或重波谷降支的形状与外周阻力的大 小有关；如阻力大则降支坡度较缓，其切迹的位置较高；反之，切迹的位置 较低。脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同。 该系统的最大特点是用LabVIEW虚拟仪器的操作面板及相应的程序, 显 示出脉搏的波形。虚拟仪器系统一般是由计算机、应用软件、数据采集卡和
基于EMD的指端光电容积脉搏波中呼吸波提取方法研究
基于E MD的指端光电容积脉搏波中呼吸波提取方法研究 李文彪1,陈真诚1,刘福彬2 (1.中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所,湖南长沙410083;2.武警江苏省总队医院设备科,江苏扬州225003) 摘要:目的通过人体指端的脉搏波,提取人体呼吸波信号。方法使用多参数临床生理监护仪,同步采集人体指端光电容积脉搏波信号和胸阻抗法检测的呼吸波信号,对光电容积脉搏波信号做各层的经验模式分解,选择合适频率的本征模函数,与采集的呼吸波信号做相关性分析。结果经验模式分解由脉搏波中所提取的呼吸波与采集的呼吸波有很好的相关性。结论经验模式分解法可有效提取人体指端光电容积脉搏波中所包含的呼吸波成分,对改进医疗监护设备设计、实现生理信号的多参数提取和精确分析有重要意义。 关键词:光电容积脉搏波;经验模式分解;本征模函数;呼吸波 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1002 0837(2010)04 0279 04 Ex traction of Res p iratory Wave fro m F inger T i p Photolet h ys m ography Si g nals Based on EMD M ethod LI W en b i a o,C HEN Zhen cheng,LIU Fu bin.Space M edic i n e&M ed ical Eng ineeri n g,2010,23(4):279~282 Abst ract:Objective To extract resp iratory w ave i n for m ation fr o m photo lethys m ography(PPG)si g na ls.M et h ods U si n g a cli n ica lm ulti para m eter physi o log ica lm on ito r,the fi n ger ti p PPG si g nals w ere acqu ired synchro nousl y and the resp iratory wave w as detected by the tho rac ic i m pedance m ethod.Then e m p irica lm ode deco m position w as conducted for the PPG si g na ls,se lecting the i n tri n sic m ode functi o n(I M F)w ith appr opriate fre quency to carry out corre lation analysis togetherw ith respirato r y w ave signals.R esults The resp iratory w ave di rectly acqu ired had a good co rre l a ti o n w ith t h at deri v ed fr o m photo lethys m og raphy signals by e m p irica lm ode deco m position m ethod.Conclusi o n It is indicated that e m pirical mode deco m positi o n m ethod can effectively ex tract t h e respiratory infor m ati o n conta i n ed i n PPG si g na ls.Th is a ll o w s for i m prov i n g the desi g n o fm ed ica l m on ito ri n g dev ices and is useful i n physi o l o g ica lmu lti para m eter ex tracti o n and accurate ana l y sis. K ey w ords:photo lethys m ography;e mp iricalm ode deco m positi o n;i n trinsic m ode function;resp iratory w ave Address repr i n t requests to:L I W en b iao.I nstit u te of B i o m edical Eng i n eering,Schoo l o f Info physics& Geo m atics Eng i n eering,C entra l South U niversity,Changsha H unan410083,China 近年来,在任意时间、任意地点、对人们日常生活影响最小的情况下提供健康诊断或治疗服务,特别是无创、简易、舒适地获取人体生命体征信号(如心电、血压、心率、呼吸等)的方法,越来越受到科研人员的关注。 作为无创检测典型应用之一的光电容积描记法(photo lethys m og raphy,PPG)是采用光电传感器,在人体指端、耳垂、额部位等,利用红外或近红外光在人体内透射或反射的原理,检测由心脏搏动引起的血管内血容量的脉动性变化而获得相关生理信号。PPG信号中含有多种生理参数信息[1],如心率、血压、血氧、呼吸等。由于其无创、多参数、操作简单、低成本的特点,日益为生物医学工作者所青睐,但受到检测手段和分析方法的局限,目前仅在血氧饱和度检测方面得到了广泛的应用。呼吸波(resp iratory w ave,R W)是睡眠监测的重要内容,目前获取呼吸波的方法主要 修回日期:2010 03 19 通讯作者:李文彪 ti ger830611@163.co m 有热敏传感器和胸阻抗检测法等,操作繁琐,检测不便。如果能提取PPG信号中所蕴含的呼吸波,将大大降低仪器成本,增加检测舒适度。文献[2 3]中提到了在脉搏波信号中呼吸波成分的形成机理,却忽视了其临床应用价值,仅将其作为干扰而去除,文献[4]提出了由PPG信号中提取呼吸参数的3种方法,但其基本原理都是线性平滑滤波,而PPG是典型的生物医学信号,在呼吸运动缓变的调制作用下,表现为非平稳随机性的特征,故其参数提取的效果或有效性非常有限。目前,针对非平稳信号通常的分析方法主要有短时傅里叶变换、小波变换等。短时傅里叶变换的基础是傅里叶变换,无法摆脱傅里叶变换的局限性[5]。小波分析本质上也是一组可调的窗口傅里叶变换,并且在信号分析过程中存在小波基选择、分解层数选取、阈值确定等问题,通过小波分析得到的小波分量和小波谱只相对于所选的小波基有意义,不具自适应性和广泛通用性。经验模式分解(e m pirical m ode deco m positi o n,E MD)是 第23卷 第4期 航天医学与医学工程 V o.l23 N o.4 2010年 8月 Space M edic i ne&M edical Eng i neer i ng A ug.2010
基于单片机的脉搏心率测量仪的开发与设计毕业论文
毕业设计(论文) 题目：基于单片机的脉搏测量仪的研究与设计
摘要 在传统的医疗检测中，脉象检测一直都起着非常重要的作用，人体的脉象包含着大量的人体的生理和病理方面的信息。脉诊一直是医生诊断疾病的重要手段之一，但受人为因素的影响很大。经医学观察研究表明，人体手指末端含有丰富的毛细血管和小动脉，这些动脉和人体其他地方的动脉一样，含有丰富的生理信息。由于光电脉搏检测技术具有很高的绝缘性，且抗电磁等干扰能力强，可以对人体进行无损伤检测。本文设计通过光电法对人体指尖的脉搏进行测量，并将测量信息送入单片机进行处理，最后通过数码管将测量结果显示出来。将对脉搏信号的检测模块，脉搏信息的处理模块，单片机，数码管显示模块等电路集成在一块电路板上，形成一个简易的脉搏测量仪。这种测量仪具有精确度高，体积小，价格便宜，易于操作等特点，特别适合于个人使用和家庭使用，给我们的生活带来极大方便，让我们第一时间对自己的身体状况有进一步的了解。 关键词：脉搏；光电传感器；单片机；数码管
Abstract In the traditional medical testing，the pulse condition detection has been playing a very important role．The pulse condition of the human body contains a large number of physiology information and pathology information，the pulse examination has been being one of the important means for the doctor to diagnosis the illness．But the man-made factors influence it very much，the medical observation research shows．The end of the finger contains rich capillaries and small arteries．These arteries and the other arteries of the body hold rich physiologic information．The Photoelectric pulse detecting technology can test the body without damage owing to its high insulation and strong ability to resist the electromagnetic interference．This design in the text can survey the pulse of the finger tip through photoelectric method and transport the information to the microcontroller to do with it．At last，the result is showed by the digital tube．When the electric circuit such as the detection module of the pulse signal，the processing module of the pulse information，SCM，digital tube are integrated in the board of electric circuit，it formed an simple pulse measuring instrument，this instrument has high accuracy，small, cheap，and easy to operate．It is especially suitable for personal use and family use．It brings great convenience to our life，so we can have a further understanding of our body condition． Key words: Pulse；Photoelectric transducer；SCM；Digital tube
光电脉搏检测电路设计报告
光电脉搏检测电路设计报告 天津大学精仪学院生物医学工程一班 张静翀3004202334 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 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(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，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。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号
人体脉搏检测传感器及信号处理系统
人体脉搏检测传感器及信号处理系统 程咏梅夏雅琴尚岚 (北京工业大学机电工程学院工程力学部北京市100022) 摘要：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。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。将人体脉搏波转化为电信号进行测量和分析，使中医的脉象有了一个客观的分辨标准，便于揭开脉诊现代科学本质，为预防和治疗疾病提供参考。本文介绍了检测人体脉搏信号特征的系统。该系统由应变式脉搏传感器及信号放大、滤波、AD转换及脉搏信号数字处理软件组成。并用LabVIEW设计了虚拟仪器及相应的程序，使制作的脉搏检测系统能够用虚拟仪器软件LABVIEW显示出脉搏的波形。 关键词：脉搏波、传感器、检测系统 A human blood pulse sensor and signal processing system Cheng Yongmei, Xia Yaqin and Shang Lan (School of Mechanical Engineering and Applied Electronic Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100022) Abstract: Information from human blood pulse attracts more and more attention due to it may contain very pathological information which could be used as index to diagnose disease. The waveform, intensity and speed of pulse signals mostly read the physical and pathological characters of heart-blood system in human bodies. In this paper, the pulse signal that usually is feel by fingers of Chinese doctors was transferred into electric signal and thus could be measured by modern scientific way. As a result, the measured quantities can be used by a doctor as a more consistent index to make diagnoses. A pulse detecting system was developed and its functions, circuits and software based on LABVIEW were described in details. Key Words: human blood pulse, sensor, detecting system 1 引言 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。直到今天，在西方仍常用脉搏作为研究心血管疾病的重要方法。 心室周期性地收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力以波的形式自主动脉根部开始沿整个动脉系统传播，这种波称作脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，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。这些脉搏波可通过人体的表动脉如颈动脉、肱动脉和桡动脉等处进行检测。其中，桡动脉由于靠近体表外周血管，信息尤为丰富，检测也最
(整理)光电脉搏波传感放大器设计课程设计
................. 摘要 作为反映人体健康状况的重要生理信息，脉搏波在临床诊断和疾病治疗中,受到广泛重视。目前，"摸脉"方法仍然是医生诊断疾病所采用的一种普遍技术手段。脉搏波所呈现出的综合信息，如形态（波形）、强度（波幅）、速率（波速）和节律（周期）等，在很大程度上反映了人体心血管系统中的生理和病理的血流特性，其医学价值重大。无创血氧浓度和无袖带血压测量技术就是在脉搏波的波形分析基础上实现的。由于人体的生物信号处于强噪声背景下, 脉搏波作为一种低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波处理，才能满足进行采集和观察的要求。 本文在广泛查阅国内外有关光电容积脉搏波扫描法的研究和应用情况的基础上，设计并制作完成了基于光电容积脉搏波扫描法的透射式光电脉搏波传感放大器电路，并对其在使用中的问题及应用前景进行了深入探讨 关键词：脉搏波光电容积脉搏波扫描法放大器滤波器传感器
目录 摘要 (1) 绪论 (3) 第一章. 动脉脉搏波的相关理论 (4) 1.1 动脉脉搏波的产生及波形特点 (4) 1.2 脉搏波的传播速度 (5) 1.3 脉搏波的研究意义 (8) 第二章.血压测量技术的研究方法 (9) 2.1 无创血压测量方法综述 (9) 2.1.1 柯氏音听诊法 (9) 2.1.2 示波法 (10) 2.1.3 扁平张力法 (11) 2.1.4 超声波法 (11) 2.2 弱信号测量相关知识 (12) 2.2.1 电气设备干扰 (12) 2.2.2 常规小信号检测方法 (13) 第三章．系统设计及实现 (14) 3.1 系统总体设计与框图 (14) 3.2 PPG传感器设计 (15) 3.2.1 光源的驱动电路 (15) 3.2.2 光电接收及前置放大 (17) 3.3 二阶低通滤波电路 (18) 3.4 二阶高通滤波电路 (22) 3.5 二级放大及电平提升电路 (25) 第四章. 系统运行结果测试 (26) 4.1采集电路测试 (26) 4.2 初级放大和滤波电路功能测试 (27) 4.3系统总体测试 (28) 结论 (29) 参考文献 (30)
课程设计 光电脉搏检测电路设计报告
光电脉搏检测电路设计报告 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 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(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，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。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 ?目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 ?意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号 系统设计 1.测量信号的特征
指端容积脉搏波检测
工业大学研究生开题报告 学位级别：□博士■硕士□工程硕士 学号：S200915049 研究生：王东明 指导教师：松、益民 专业名称：生物医学工程 所在学院：生命科学与生物工程学院开题报告时间：2010年12月06日 工业大学研究生部制表
一、基本情况
二、报告正文
1）采样精度：大于等于10位 2）采样间隔：5ms 3）频率响应：0.05Hz到200Hz 4）电源供电：直流5V供电（电源适配器或USB供电）或手机锂电池供电 5）电源功耗：不大于1.5W（即电路小于300mA） 6）电池供电待机时间不小于10小时 拟采取的研究方案及可行性分析 本选题主要涉及到硬件系统的设计与制作、软件部分的设计、理论研究及临床验证四大部分。1．系统硬件设计与制作 在实验室研究成果的基础上，继承以往仪器小型便携等优点，选用TI定点DSP(采用TMS320VC5402)[12]~[14]，进一步改进传感器采集电路，在传感器电路部分让脉搏波信号不失真的送到F330单片机，使脉络中最大限度的包含心血管信息，通过DSP的控制和处理显示检测结果，设计相应的硬件采集系统。 本系统将针对指脉容积脉搏波的采集和分析设计相应的指脉采集处理电路，根据指脉信号幅值小、频率响应围主要集中在低频段（0.05Hz到200Hz）的特点，设计新的放大和采集电路，最大限度不失真地反映脉搏波波形形态，满足后续对波形分析的要求。 系统的硬件结构如图1所示： 图1 系统硬件结构图 2．软件部分设计 软件的设计主要分为以下三部分：单片机采集控制程序、主从机通讯及控制和计算机软件设计（实现计算结果存储和远程发送）。 单片机软件部分完成数据采集、电池电量采样和数据传送，主要包括定时、A/D转换、平滑滤波、自适应滤波[20]~[21]、串口数据发送等功能的实现。 主从机通讯控制和计算机软件设计完成主机和从机之间的通讯控制，实现主机对从机的访问以及对液晶、flash存储芯片的访问和控制、波形分析计算工作流程的控制等。 计算机软件部分是软件的辅助功能部分，要完成数据接收、波形和检测结果显示、数据分析处理、数据存取等。该软件将采用Microsoft Visual C++进行开发[22]~[24]。
心率计 毕业设计论文
摘要 在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。 本设计采用以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、信号采集子程序、信号放大处理子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。该心率计的原理是用红外光电传感器OPT101接收到人体信号，因人体信号很微弱，所以在电路中设置了双重放大电路（主要芯片：OP07、LM324N）。该信号经放大整形处理后传给A/D转换器实现模拟信号转为数字信号，经过以上处理后，再传给单片机AT89S52计算，计算完后由四位数码管显示出来。 该心率计可以简单的测量出人的心跳和人体体温，基本实现了预定的目标，这将大大减少病人测量心跳和体温的时间。 关键字：心率；测量；单片机AT89S52；转换器
Abstract Today in the rapid development of society, people's material and cultural life has been greatly improved, but also a variety of diseases threatening people's lives; and heart attack is it difficult to prevent sudden fatal disease, so health is also valued by more and more people. The design problem to be solved is that you can measure heart rate, cardiac disease, heart disease and other digital heart rate meter. This design uses to A T89S52 microcontroller core, low-cost, high accuracy, digital display of heart rate meter miniaturization of hardware and software design. The probe by the single chip integrated analysis of signal processing functions to achieve heart rate measurement. On this basis, the overall design of the system program, and finally achieved through various hardware and software modules. With the relevant parts of the hardware circuit, the program flow chart. The principle of the heart rate meter is used to receive infrared photoelectric sensor OPT101 to human signals, the signal is very weak because of the human body, so the circuit is set in the dual amplifier (main chip: OP07, LM324N). The signal passed through enlarged plastic treated A / D converter for analog signals into digital signals, with the above treatment, and then passed to microcontroller AT89S52 calculated, finished up by four digital displayds heart rate, The heart rate meter can easily measure the person's heart rate and body temperature, essentially achieving its stated goals, which will greatly reduce the patients of heart rate and body temperature of the time. Keywords: heart rate；measurement；microcontroller AT89S52；converter
光电型脉搏传感器的原理及其应用
医学光电检测技术论文 光电型脉搏传感器的原理及其应用The principle of type photoelectric pulse sensor and its application 学生姓名：张先绪 专业：生物医学工 学号：110811117 指导教师：庞春颖 学院：生命科学技术学院 二〇一四年十二月
摘要: 介绍了光电式脉搏传感器的原理和设计方案,采用集成光敏部件和放大器的光敏芯片代替传统的分立光敏器件实现对脉搏的测量。芯片的集成化能够有效减小器件间匹配引起的干扰,提高脉搏测量精度。在实验测试过程中,采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量,对脉搏信号测量可能引起的噪声来源做了分析,并做相应的抗干扰处理,得到比较理想的脉搏波形,为脉搏信息的提取和分析提供了良好的数据。 关键词:脉搏信号;光电容积法;脉搏传感器;噪声分析 Abstract: The PPG pulse sensor is attached to the finger base for monitoring beat to beat https://www.wendangku.net/doc/63997033.html,paring with the traditional design,the pulse sensoruses a new integrated chip,which is integrated the photosensitive unit and the signal amplifier.This design can efficiently remove the system noise and improve the precision of measure.In the experiment,using the newPPG pulse sensor can measure the pulse directly from the pulse in real time.At the same time,making the noise analysis and dealing with the measure noise,and getting a good pulse wave. Keywords:pulse signal;photoplethymograph;pulse sensor;noise anylsis
测试技术课程设计脉搏测量仪
《机械工程测试技术》 课程设计 脉搏测量仪的设计 姓名：张峰 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化班级：2010级本科4班 学号：201015130457 完成日期：2012年12月28日
摘要 医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。本文介绍一种用单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。 关键词：AT89C2051；单片机；脉搏测量仪
目录 第一章引言 (1) 第二章基本结构模块 (2) 2.1脉搏波检测电路 (2) 2.2脉搏信号拾取电路 (2) 2.3信号放大 (3) 2.4波形整形部分 (5) 第三章整体电路分析 (7) 3.1光发射电路 (7) 3.2光电转换电路 (7) 3.3信号采集及处理系统 (8) 3.4过采样技术的应用 (8) 3.5整体硬件电路设计 (9) 参考文献 (10)
第一章引言 脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。 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, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号, 必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。
基于容积脉搏波的无创连续血压测量系统
本文通过文献复习［1-7］，综合分析不同血压脉搏波特征变化，提出针对不同脉搏特征下的传导时间提取算法，通过逐步回归分析建立血压模型，并据此模型实时测量人体收缩压与舒张压,实现血压的便捷、无创连续测量并可彻底摆脱袖套束缚。 1基本原理 血流动力学研究表明，动脉中血液从心脏向外周传播时，由于人体末端很多小动脉、微动脉和毛细血管起着阻力血管的作用，所以血管中血液是存在向心的反射作用的，这些往返脉搏波的线性组合构成动脉中脉搏波的特征形状［8］。对于动脉硬化的情况而言,其血管弹性降低,血管中血液流速加快,使人体末端的反射血液提前返回心室,这些反射波与推进波的叠加效应,使人体脉压抬升；而动脉状况较好的情况下,血管弹性较好,血液流速较慢,反射波的到来将延迟,收缩期压力将减少。因此,反射波与推进波汇合的时间,是可以反映脉搏波传导时间的,并可作为反映血压状况的参数。 Hiroshi等［9］在对由容积脉搏波进行二次微分后的加速脉搏波进行研究时发现,加速脉搏波各特征点能很好地反映血液微循环过程。从加速脉搏波中, 可以清晰看到波形呈现很有规律的上升和下降（图1）。这些上升支和下降支可以很好地解释心脏搏动引起的血液迸出、血液反射等血液微循环过程,且微循环过程有如下解释。 O-A段：由心脏逬出的血液在20~30mmHg的血压作用下,推进至人体末端的某个小动脉（如手指端）,并流进毛细血管,但是毛细血管极其细微而密集的特性,使推进至此的血液无法快速通过静脉流回心脏,因此,毛细血管中血液容量便急剧增加。 图1 光电容积脉搏波（a）和对应加速脉搏波（b）的图解说明 Fig.1 Illustration of PPG pulse wave（a）and accelerated pulse wave（b）A-B段：上述增加的血液在经过一定时间不断向前推进后,会出现一个快速下降过程。 B-C段：随着血液到达末端终点,会遇到静脉的阻碍,因此,来自静脉的反射血液便停留在毛细血管中,再次产生的结果就是毛细血管中血液容量再次有所增加。 C-D段：上述由静脉回流的血液在经过一定时间不断向前推进后,会再次出现一个下降过程。 以上过程会出现多次,因此毛细血管中血液容积也会有微弱的增加和减少,在加速脉搏波中,则如D-E段和E-F段表现的微弱的上升和下降。直到这种变化几乎可以忽略不计了,则一次心脏搏动过程结束,正如加速脉搏波中G点所示。 根据血液微循环机理分析可知脉搏波传导时间可通过A-C段时间间隔表示,它能比较准确地反映血液从心脏搏出到传递至手指末端毛细血管并反射汇合的时间［10］。Bazzett［11］发现脉搏波传导时间（pulse wave transittime, PWTT）和动脉血压值有关,也同血管容积和血管壁弹性量有关。在一定范围内, PWTT和动脉血压之间呈线性相关,且这种关系在某一个体,在一段时间内相对稳定。因此,如果能准确的获取推进波与反射波的传导时间,建立动脉血压与传导时间的血压估算模型,计算人体实时血压值,将可极大地简化检测流程, 降低检测复杂度,实现无创连续测量并能彻底摆脱袖套的束缚。 2 软件设计及提取算法 本文提出的无创连续血压测量方法,本质在于找出血压与脉搏波传导时间之间的关系,因此首要 的是准确提取脉搏波传导时间。