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
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
2.性能指标 2.1通用要求 2.1.1处理对象 生理参数传输管理软件：处理深圳市中瑞奇电子科技有限公司的单导联动态心电记录仪：型号 DL-191、DL-291 和心电采集盒及处理软件：型号 EL-194、EL-198 所采集的心电数据；处理深圳市科瑞康实业有限公司的脉搏血氧饱和度仪：型号PC-68B、POD-1W 所采集的血氧数据；处理顺泰医疗器材（深圳）有限公司的医用电子血压计型号：BP60E 和深圳市瑞光康泰科技有限公司的脉搏波血压计型号：BP-88B 所采集的血压数据。 2.1.2最大并发数 服务器最大并发数为 100； 2.1.3数据接口 2.1. 3.1本产品唯一数据接口：HTTP； 2.1. 3.2硬件接口，硬件设备如下表所示：
2.1.4特定软硬件 2.1.4.1需配合如下表二的硬件设备完成临床功能： 表二
2.1.5临床功能 2.1.5.1主菜单“我的患者”，可完成如下功能： a)添加患者：增加患者信息，并对患者信息进行编辑； b)病例列表：添加患者历史病例记录或者当前病例记录；①添加病例：填写主诉、检查、诊断、上传报告、保存病例；②运动处方：记录处方、记录运动类型、记录运动项目(自定义或者选择已有的选项)、记录心率和运动时间；③用药处方 （医生记录患者用药情况包括）：药品名称、频次、剂量和时段。 c)病例夹：存放患者添加的病例和生成的报告，查看报告； d)康复运动报告(只适用型号 SPCT-1)：下载康复运动报告，重新分析报告，下载 ECG 文件； e)心电监测报告（只适用型号 TUCE-1）：下载心电监测报告，重新分析报告，下载 ECG 文件； f) 6 分钟报告(只适用型号 MWT6-1)：查看报告，下载 ECG 文件； g)基本信息：增加和编辑患者基本信息。 2.1.5.2主菜单：“康复运动”，可完成如下功能： 主界面康复运动显示心电波形、同时显示心率、血压和血氧的数据；（只适用型号：SPCT-1） 2.1.5.3主菜单：“6分钟”,可完成如下功能： 主界面 6 分钟显示心电波形、同时显示心率、血压和血氧的数据；（只适用型号：MWT6-1） 2.1.5.4主菜单：“心电监测”，可完成如下功能： 主界面心电监测显示心电波形、同时显示心率、血压和血氧的数据；（只适用型号：TUCE-1）
于单片机的脉搏测量仪的设计 摘要 脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，本论文设计了一种基于单片机的脉搏测量系统。 系统采用红外发射与接收二极管充当脉搏传感器来采集脉搏信号。首先将采集到的信号通过低通滤波与放大电路对脉搏信号进行处理，然后，将放大的脉搏信号通过整形电路进行电压基准变化，在经过一次放大电路对整形后的脉搏信号进行放大，将信号转换为AT89S52单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，测量出一分钟内的脉搏次数，最终在数码管中直观的显示出来。 为了节省时间，一般不会作一分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内的脉搏数，再把结果乘以6即得到每分钟的脉搏数。发光二极管可以通过发光的形式显示脉搏的跳动。 关键词：脉搏测量仪；AT89S52；LED；信号处理
目录 引言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1 脉搏测量仪介绍 (2) 1.2脉搏测量仪的应用 (2) 第2章主要器件介绍 (3) 2.1 单片机的选择 (3) 2.1.1 AT89S52简介 (3) 2.1.2 AT89S52特点.................................................................................................... . (3) 2.1.3 AT89S52引脚功能说明 (4) 2.2 传感器的选择 (6) 2.2.1 红外发光二极管简介 (6) 2.2.2光敏三极管简介 (7) 2.3 驱动芯片的选择 (7) 2.3.1 74LS245简介 (7) 2.3.2 74LS04简介 (8) 2.4 显示器的选择 (9) 2.4.1 三位共阳八段数码管简介 (9) 2.4.2 八段数码管字形表 (9) 第3章系统硬件设计 (10) 3.1 设计原理 (10) 3.2 外围电路 (10) 3.2.1 电源电路...................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 复位电路 (11) 3.2.3 晶振电路 (12) 3.2.4 脉搏信号采集放大电路.......................... 错误！未定义书签。 3.2.5 LED显示电路.................................. 错误！未定义书签。第4章系统软件设计.. (14) 第5章软件调试及仿真 (15) 5.1 软件编译......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2单片机的选择 (17) 5.3系统仿真测试 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20) 附录一 (20) 附录二 (21)
电子血压计的认证现状和实验方法——RG-BPⅡ3600型脉搏波血压计准确性试验 谢晋湘 阜外心血管病医院 关于电子血压计的临床研究和质量认证，2007年我们就开始了这项工作。因为现在的市场准入制度没有健全起来，血压计随时都可以进去，质量也得不到保证，因此要制定电子血压计的认证标准，才能把握血压测量的准确性问题。面对众多的高血压患者，水银血压计取消之后，由什么样的血压计来顶替？电子血压计是最主要的选择。但到现在我们一共只认证了七个型号，包括现在介绍的脉搏波血压计，由此看来企业的产品认证热情并不太高。因此，通过各种方式提高人们对电子血压计质量认证的重视是非常必要的。 现在电子血压计认证工作主要有两个方法，一个是美国的AMI的方法，一个是欧洲的EHS方法，一直以来我们参照的是欧洲的方法。从2009年开始我们已经制定了成人无创自动血压计检测血压进行评估的方案，经过北京市医疗器械审评中心讨论，已经正式启用。而方案的制定主要参照了2002年欧洲EHS的评估方案，所以它实际是一个国际方案。下面我们就以深圳瑞光康泰科技有限公司的RG-BPll3600型脉搏波血压计为例，了解一下整个临床测试的过程和方法。 一、受试者的选择和准备工作 1.受试者人数及其血压范围 在实验中我们选择了33个病人，一共分成了低中高三个组，收缩压是90～180 mmHg，舒张压是40～130 mmHg，在实验中第一组、第二组很好找，第三组的病人非常不好找，因为此组血压的范围是高压161～180 mmHg，低压要求101～130 mmHg。通过实验，主要是检验一下电子血压计在高压部分和低压部分测量的准确性问题，所以每个组第一次我们用了15个病人，第二次要求33个病人，包括了第一次的15个病人。受试者 总人数 组别 血压范围 mmHg第一阶 段人数 第二阶 段人数 收缩压舒张压 33 低90～129 40～79 5 11 中130～160 80～100 5 11 高161～180 10～130 5 11 2.测量设备的要求 ①矫正过的水银血压计，允许误差±2 mmHg； ②标准的袖带、气囊；③两人听诊用听诊器，听诊 器质量应符合要求，要求两个人来同时听，要求这 两个人的血压测量值差必须在四个毫米汞柱以内， 如果不到四个毫米汞柱以内，就必须重新测量；④ 血压与受试者一般情况记录表；⑤被检测的血压测 量设备，由评估小组随机抽取。 3.评估工作人员与要求 ①测量员需要经过训练和考核，要求掌握柯氏 音的判别和规范化的血压测量技术，挑选有测量血 压经验的人员参加评估小组，同时对小组成员有一 套考核标准，考试通过了才能加入；②评估小组一 共有四个人，包括3名测量人员和1名监督人员， 这才是一个完整的血压测量小组。 二、临床实验步骤 1.水银柱血压计测量方法 ①受试者体位：取坐位，休息10分钟，两腿并拢，左上臂平伸置于桌上与心脏在同一水平位置。 ②测量员两人使用双人听诊用听诊器同时测量血压，各自记录所测血压值。③监督员发现两人所测值＞4 mmHg，要求重新测量，最后取两人测量值的平均值 分析。④柯氏音第一音为收缩压（SBP），消失音为 舒张压（DBP），放气适度2～4 mmHg/秒，血压记录 到1mmHg。 2.被检测血压计的测量顺序 水银血压计与脉搏波血压计交替在同一侧左上 臂顺序测量9次，水银血压计5次，脉搏波血压计4次.测量间歇休息1分钟。
本科毕业设计 （ 论文） 开题报告 题目： 基于单片机的脉搏测量仪 的设计 课 题 类 型：设计丁实验研究□论文口 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 学 院： 信息工程学院 指 导 教 师： 开 题 时 间 年月日 开题报告内容与要求 一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 随着科技发展的不断提高， 生命科学和信息科学的结合越来越紧密， 出现了各种新 颖 的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我 国已具有
2600 多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。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。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。 脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路、键盘输入等部分。 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述） 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。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。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。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。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910154992.6 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 西安理工大学 地址 710048 陕西省西安市金花南路5号 (72)发明人 陈剑虹 雷苏力 何菲 刘泽晨 林志强 朱凌建 (74)专利代理机构 北京国昊天诚知识产权代理 有限公司 11315 代理人 杨洲 (51)Int.Cl. A61B 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种光电容积脉搏波的特征参数的采集方 法 (57)摘要 一种光电容积脉搏波的特征参数的采集方 法，包括以下步骤：1)采集手指端的光电容积脉 搏波信号，对光电容积脉搏波信号低通滤波，放 大后传送给上位机；2)使用数字滤波器对采集到 的信号进行滤波处理并获取其中一个心动周期 的脉搏波信号；3)使用3个高斯项叠加进行脉搏 波波形拟合；4)给拟合函数设定系数限定条件； 5)根据最小二乘原则，列出误差平方和函数以求 解该高斯函数的系数；6)对式(3)中的每一项系 数求偏导数；7)使用BFGS的方法迭代求解方程 组；8)根据高斯函数的每一个平移分量和交点信 息确定脉搏波特征值的位置；解决了对于脉搏波 波形生理特征位置不明显的情况下特征值的确 定问题。权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 110025296 A 2019.07.19 C N 110025296 A
1.一种光电容积脉搏波的特征参数的采集方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，基于朗伯比尔定理的原理，使用红外波段的光源照射人体指端，由光电探测器采集透射过指端的光信号，对含有高频噪声的光电容积脉搏波信号采用模拟滤波器进行低通滤波，并使采集到的光电容积脉搏波信号通过放大电路进行放大，再对其进行A/D转换后将数据传送给上位机； 步骤2，使用数字滤波器对光电容积脉搏波信号中由采集卡、人体呼吸、抖动带来的噪声再进行滤波处理，以获得更好的信噪比，获得去噪后的光电容积脉搏波信号并采用差分阈值法获取其中一个心动周期的脉搏波信号； 步骤3， 使用3个高斯函数叠加进行脉搏波波形拟合： 其中，V i 分别对应为其中一个高斯函数的峰值，T i 分别对应了其中一个高斯函数的主峰相对于横坐标零点的偏移量，U i 表征了每一个高斯峰的宽度； 步骤4， 给拟合函数设定系数限定条件： 其中，a i 、b i 、c i 分别为非线性拟合的限定条件； 步骤5，根据最小二乘准则求解，要求拟合的方程与原信号的误差平方和最小，暨式(2)取得最小值时，便获得了V i 、T i 、U i 的最优解， 式中，sig为输入信号，Q为误差平方和函数； 步骤6，对式(2)中的每一项系数求偏导数， 令： 使得偏导数为0的解：V i ，T i ，U i 则构成了误差平方和Q的最优解； 步骤7，求解F(V i ,T i ,U i )，对于多元非线性方程而言，很难得到其解析解，故使用基于牛顿秩_2迭代法的BFGS算法对非线性方程进行迭代求取其最优解， 权 利 要 求 书1/2页2CN 110025296 A
................. 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)
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。
意义：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。而该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。 目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机( PC 机) 的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。 2.1 光电脉搏测量仪的结构 光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。 1．光电传感器 即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。 2．信号处理 即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。 3. 单片机电路 即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括 AT89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码显示 即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。
电子血压计的认证现状和实验方法 ——RG-BPⅡ3600型脉搏波血压计准确性试验 谢晋湘 阜外心血管病医院 关于电子血压计的临床研究和质量认证，2007 年我们就开始了这项工作。因为现在的市场准入制度没有健全起来，血压计随时都可以进去，质量也得不到保证，因此要制定电子血压计的认证标准，才能把握血压测量的准确性问题。面对众多的高血压患者，水银血压计取消之后，由什么样的血压计来顶替？电子血压计是最主要的选择。但到现在我们一共只认证了七个型号，包括现在介绍的脉搏波血压计，由此看来企业的产品认证热情并不太高。因此，通过各种方式提高人们对电子血压计质量认证的重视是非常必要的。 现在电子血压计认证工作主要有两个方法，一个是美国的AMI的方法，一个是欧洲的EHS方法，一直以来我们参照的是欧洲的方法。从2009年开始我们已经制定了成人无创自动血压计检测血压进行评估的方案，经过北京市医疗器械审评中心讨论，已经正式启用。而方案的制定主要参照了2002年欧洲EHS的评估方案，所以它实际是一个国际方案。下面我们就以深圳瑞光康泰科技有限公司的RG-BPll3600型脉搏波血压计为例，了解一下整个临床测试的过程和方法。 一、受试者的选择和准备工作 1.受试者人数及其血压范围 在实验中我们选择了33个病人，一共分成了低中高三个组，收缩压是90～180 mmHg，舒张压是40～130 mmHg，在实验中第一组、第二组很好找，第三组的病人非常不好找，因为此组血压的范围是高压161～180 mmHg，低压要求101～130 mmHg。通过实验，主要是检验一下电子血压计在高压部分和低压部分测量的准确性问题，所以每个组第一次我们用了15个病人，第二次要求33个病人，包括了第一次的15个病人。受试者 总人数 组别 血压范围 mmHg第一阶 段人数 第二阶 段人数 收缩压舒张压 33 低90～129 40～79 5 11 中130～160 80～100 5 11 高161～180 10～130 5 11 2.测量设备的要求 ①矫正过的水银血压计，允许误差±2 mmHg； ②标准的袖带、气囊；③两人听诊用听诊器，听诊 器质量应符合要求，要求两个人来同时听，要求这 两个人的血压测量值差必须在四个毫米汞柱以内， 如果不到四个毫米汞柱以内，就必须重新测量；④ 血压与受试者一般情况记录表；⑤被检测的血压测 量设备，由评估小组随机抽取。 3.评估工作人员与要求 ①测量员需要经过训练和考核，要求掌握柯氏 音的判别和规范化的血压测量技术，挑选有测量血 压经验的人员参加评估小组，同时对小组成员有一 套考核标准，考试通过了才能加入；②评估小组一 共有四个人，包括3名测量人员和1名监督人员， 这才是一个完整的血压测量小组。 二、临床实验步骤 1.水银柱血压计测量方法 ①受试者体位：取坐位，休息10分钟，两腿并拢，左上臂平伸置于桌上与心脏在同一水平位置。 ②测量员两人使用双人听诊用听诊器同时测量血压，各自记录所测血压值。③监督员发现两人所测值＞4 mmHg，要求重新测量，最后取两人测量值的平均值 分析。④柯氏音第一音为收缩压（SBP），消失音为 舒张压（DBP），放气适度2～4 mmHg/秒，血压记录 到1mmHg。 2.被检测血压计的测量顺序 水银血压计与脉搏波血压计交替在同一侧左上
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 -I
Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. -II
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.doczj.com/doc/671977149.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
在详解脉搏波血压计之前，我们一定要理解血压测量仪器的四个发展阶段。也就是说一定要了解脉搏波血压计在血压测量仪器的历史发展中所处的地位。我希望大家能够对血压测量仪器的四个发展阶段能耳熟能详，烂熟于心。 1、第一个发展阶段，有创插管血压测量法 有创插管血压测量是Marey在1876年最早发现了在液袋加压过程中存在的压力波动现象,并且发现压力波动的幅度在液袋压力由舒张压上升到收缩压的过程中由小变大,达到最大值后又开始下降。随后很多研究人员通过建立物理模型、数学模型以及动物、人体实验来分析压力波幅度最大值所代表的意义并证实幅度最大值与平均压有很好的对应关系。现在通常用最大波幅法来判别平均压。 有创插管血压测量法的优点：它是目前血压测量精度比较高的，最为理想的标准。因为有创插管测量法是将插管植入血管内，好比是对事物的本质进行直接考察，而不是道听途说。 有创插管血压测量法的缺点：必须通过手2009术将导管插入血管内，所以需要一定的设备和专门的医务人员，而且在测量的时候患者要承受很大的痛苦，一般只在手术的时候使用，现在一般在心脏手术中使用，以防止其他方法测量不及时或不准确而造成的影响。 现在，我们已经在多家医院开展了有创插管血压测量法与脉搏波血压测量法的试验比对，初步结果非常理想。 2、第二个发展阶段，柯氏音法（水银汞柱法） 柯氏音测量法又称水银柱测量法，属于无创血压测量方法。1905年，俄国学者柯洛特柯夫发现，用臂带绑扎上臂并加压，将肱动脉血管压瘪，然后再减压，随着外压力的降低，从臂带内的听诊器中可以听到血流重新冲开血管后发出与脉搏同步的摩擦、冲击音。由于这一发现的重要性，这种摩擦、冲击音就被命名为柯氏音。 柯氏通过袖带加压和听脉搏音来测量血压解决了无创测压的方法，对人类医学的贡献是很大的，直到现在很多医生还在用此法测量血压，人们为了纪念柯氏称此法为柯氏音法。时至今日，国际医学界依然用此种方法作为血压测量的标准。 柯氏音虽然是国际标准，但它的成立是建立在几个假设上的： A：当袖带加压的时候，外部的气囊压力和肱动脉血管内部血液压力是相同的。 但如果受测者身体过于肥胖，肉质陈厚，会使气囊压力大于血管内血压值才能测得血压值。 如果一个人的血管老化，外界的压力会很难将其阻断，就像是橡胶管和钢管一样，同样的力量可以将橡胶管压扁，但不能压扁钢管。 由于外界气囊压力大于血管内血压，会使得测量到的血压值高于实际血压值，这就是假性高血压。 脉搏波血压计同样存在这样的弊端，所以误差是存在的。除非血管硬化特别严重或特别肥胖的人，否则以上两点所产生的误差是很小的，完全在可承受范围内。 B：当动脉血管内有血流流过的时候一定会有声音产生。 这个假设也是不成立的，就像是吹口哨，会的人一点点气流就能吹响，不会的用尽力气也无法吹响。血流进静血管产生声音也是类似，因人而异的，存在不确定性。可能会产生假性低血压。