中文图书分类号：R318.6
密级：公开
UDC：38
学校代码：10005
硕士学位论文MASTERAL DISSERTATION
论文题目：基于光电容积脉搏波的无创血压
检测技术的研究
论文作者：吕伟
学科：生物医学工程
指导教师：张松
论文提交日期: 2009.04
国内图书分类号：R318.6单位代码：10005
学号：S200615033
密级：公开
北京工业大学硕士学位论文
题目基于光电容积脉搏波的无创血压检测技术的研究
英文并列
The Study of non-invasive blood pressure
题目
measurement based on PhotoPlethysmograph Pulse wave
研究生姓名：吕伟
专业：生物医学工程研究方向：生物医学电子学与仪器
导师姓名：张松职称：副教授
论文报告提交日期：2009-04学位授予日期
授予单位名称和地址：北京工业大学（北京市朝阳区平乐园100号）
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名： 日期：
关于论文使用授权的说明
本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
（保密的论文在解密后应遵守此规定）
签名： 导师签名： 日期：
摘要
摘要
动脉血压是人体重要的生理指标之一，能够反映出人体心脏和血管的功能状况，是临床上诊断疾病、观察治疗效果的重要依据。在当前的血压检测技术中，普遍存在可操作性差的问题，而且人体血压随着生理周期、个人情绪、外界和内在的各种刺激而产生变化，具有明显的波动性。本论文中所论述的无创血压测量方法能有效地克服传统方法的缺点，对于临床监护及特殊情况下的血压监测具有很大的优势，所以本论文对此方法进行了研究。
现有的无创袖带血压测量方法需要对袖带进行充气，可操作性差。针对这种现状，本论文对一种基于光电容积脉搏波的方法进行了探索，并结合无创血压测量模型推导出人体的收缩压和舒张压。最终，在与柯氏音法进行对比实验后表明，实验结果验证了该方法的有效性。
本论文主要研究工作包括以下几个方面：
1．通过对郞伯-比尔定律的公式推导，建立郞伯-比尔定律与人体动脉血压之间的关系，最终建立无创血压测量模型；
2．基于无创血压测量模型建立无创血压测量电路；
3．基于无创血压测量模型建立无创血压检测软件；
4．基于无创血压测量模型设计了实验，通过对无创血压测量法与柯氏音法所测得血压值进行分析，验证无创血压测量法的有效性。
关键词：光电容积脉搏波；郎伯-比尔定律；无创血压测量模型
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Abstract
ABSTRACT
The blood pressure is an important physiological Parameter of body, it can reflect the heart and blood vessels functional status of the body and it is an important basis for diagnosis and treatment at clinic. At present, there are many ways to the blood pressure detection, but many of these ways have the problem of poor operation. At the same time, the blood pressure may change with the physiological cycle, emotion, external and internal stimulate, and it has obvious variability. The non-invasive blood pressure measurement in this dissertation can overcome the shortcomings of traditional methods effectively; moreover, it has great advantage for the clinical care and blood pressure monitoring in the special circumstances, so this dissertation deploys research on the non-invasive blood pressure measurement.
At present, the way of non-invasive cuff blood pressure measurement needs inflation and the operation is poor. As to present status, this paper explored a way based on the PhotoPlethysmograph pulse wave and combined with the model of non-invasive blood pressure, eventually, computed the systolic and diastolic blood pressure. Compared with the results of Korotkoff-Sound method, the results met the validity of the non-invasive blood pressure measurement.
The main tasks and results of this dissertation were summarized as following:
1. Established the relationship between blood pressure and Lambert-Beer’s law
and then made the model of non-invasive blood pressure.
2. Established the circuit of non-invasive blood pressure measurement based on
the model of non-invasive blood pressure measurement.
3. Established the detection software of non-invasive blood pressure based on the
model of non-invasive blood pressure measurement.
4. Designed the experiment based on the model of non-invasive blood pressure
measurement and analyzed the blood pressure values that were measured by Korotkoff-Sound method and the way of non-invasive blood pressure measurement so as to verify the validity of the non-invasive blood pressure measurement .
[KEY WORDS] Photoplethysmograph pulse wave; Lambert-Beer’s law; the model of non-invasive blood pressure measurement
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目录
目录
摘要.......................................................................................................................I ABSTRACT................................................................................................................III 第1章绪论. (1)
1.1引言 (1)
1.2动脉血压的形成 (1)
1.3影响动脉血压的因素 (2)
1.4连续血压测量的研究意义 (3)
1.5国内外发展及应用现状 (3)
1.6论文的研究思路 (5)
第2章基于光电容积脉搏波的血压检测原理 (7)
2.1引言 (7)
2.2基于光电容积脉搏波检测人体血压 (7)
2.2.1基于郞伯-比尔定律检测光电容积脉搏波 (7)
2.2.2郞伯-比尔定律与人体动脉血压之间的关系 (8)
2.3本章小结 (13)
第3章无创连续血压测量系统的硬件设计 (15)
3.1引言 (15)
3.2系统硬件电路总体设计 (15)
3.3系统硬件的设计 (15)
3.3.1处理器的选择 (15)
3.3.2光电传感器的选择 (16)
3.3.3模拟信号调整部分 (17)
3.4本章小结 (20)
第4章无创连续血压测量系统的软件设计 (21)
4.1引言 (21)
4.2单片机软件的总体设计 (21)
4.3 PC机血压检测软件的总体设计 (22)
4.3.1 Visual Basic 6.0简介 (22)
4.3.2 PC机血压检测软件的总体设计 (23)
4.4 PC机血压检测软件的模块介绍 (24)
4.4.1数据采集、显示及存储模块 (24)
4.4.2数据通讯模块 (25)
4.4.3无创血压分析模块 (27)
4.4.4系统管理模块 (29)
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4.5本章小结 (30)
第5章实验与结果 (31)
5.1引言 (31)
5.2实验方案与过程 (31)
5.2.1人体血压长时间跟踪对比实验 (31)
5.2.2讨论 (37)
5.3本章小结 (39)
结论及展望 (41)
参考文献 (43)
攻读硕士学位期间发表的学术论文 (47)
致谢 (49)
第1章绪论
第1章绪论
1.1引言
当前，随着经济、文化的高速发展，人们的饮食、生活以及工作习惯也发生了巨大的改变，心血管疾病成为目前人们的主要死亡原因之一，而血压这一参数作为人体重要的生理基础指标之一可以反映出人体诸多生理状态信息，从而可以帮助医生进行适当的临床诊断[1]。
目前，在家庭和临床中采用的血压检测仪器主要是水银血压计或电子血压计，两者普遍存在可操作性、重复性差的问题，而且易受周围环境、体位和体力活动等多种因素影响，这些因素的影响导致不能正确地反映出被测者的真实血压变化情况；而且上述两种血压测量法只是测量被测者某一时刻的血压值，而人体的血压在一天中的波动较大，每日测量一次或数次，其所得值不能充分反映血压的变化，从而容易遗漏许多重要的人体生理信息。本文中利用光电容积脉搏波法检测血压，这种方法可以连续的、无创的测量人体动脉血压，从而可以反映被测者的血压水平，帮助被测者更好地了解自身的生理状态，同时也为医生的临床诊断提供了有效的信息[2-4]。
基于光电容积脉搏描记信号的无创血压检测方法与传统的充气袖带测血压的检测方法相比具有更好的重复性，避免了充气袖带的大小和操作者水平对测量结果的影响，同时也避免了不断地对袖带进行充放气给被测者带来的不适感，此方法可以连续反映被测者血压的长期变化，从而可以更好地指导临床应用。1.2动脉血压的形成
动脉血压是指血管内的血液对单位面积血管的侧压力，也即压强。长期以来人们用水银血压计来测量血压，故习惯上用水银柱的高度即毫米汞柱（mmHg）来表示人体血压的数值。1mmHg等于0.133kPa。动脉血压的形成包括一个前提和三个因素。
一个前提是心血管系统内有血液充盈，这是形成血压的基础。三个因素是心脏射血、外周阻力以及大动脉管壁弹性器的作用。心室收缩时释放的能量可以分为两个部分，一部分用于推动血液在血管中持续流动，视为血液的动能；另一部分则作用于血管壁使其扩张，视为势能。而在心舒期时，大动脉发生弹性回缩，于是便将一部分势能转变为推动血液流动的动能，同时，使血压维持一定的高度，视为大动脉管壁弹性器的作用，起到一定的缓冲作用。外周阻力主要是指小动脉和微动脉对血液的阻力。正是由于血管中外周阻力的存在才不会使血液全部流向
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外周，从而对血管壁的侧压力增加。收缩压(systolic pressure)是一个心动周期中，左心室射血时动脉血压升高，所能达到的最高值。舒张压（diastolic pressure）是左心室舒张末期，动脉血压下降，所达到的最低值[5]。
1.3影响动脉血压的因素
影响动脉血压的因素比较复杂，但是，主要因素有以下五个方面：1）每搏输出量
心输出量是左心室每分钟向动脉排出血液的总量。每搏输出量与心率的乘积等于心输出量。当外周阻力不变时，如果心输出量增加，动脉系统内的血液量就会大于毛细血管排到静脉系统的血液量，最终导致系统动脉内的血量增加。由于血液具有不可压缩性，多出的血量必然导致动脉血压的增高。同样，心输出量的降低，使动脉血压维持在较低的水平上。收缩压的高低主要反映心脏每搏输出量的多少。
2）心率
心率对血压的影响主要表现在舒张压方面。如果每搏输出量不变，心率的增加或减少会相应地引起收缩压和舒张压的增高或降低，但是心率较快时舒张压的变化幅度比收缩压更为明显其主要原因是舒张期的缩短和延长影响了动脉血经毛细血管排入静脉系统的血量。心率快，舒张期短，排出血量减少。动脉内储存的血量增多，因此舒张压增加的更明显。同理，心率慢，舒张期长，经毛细血管向静脉排出的血量多，所以舒张压降低更显著。对脉压来讲，虽然收缩压和舒张压的变化方向相同，但是由于舒张压变得更显著，所以心率快时脉压低，心率慢时脉压高。
3）外周阻力
在影响血压的几个主要因素当中，外周阻力对其影响较大，但是直接影响外周阻力的是小动脉的内径和血压的粘滞性。外周阻力与血压的关系如下：在每搏输出量和心率不变时，外周阻力上升，收缩压随之上升；舒张压上升，脉压随之下降；外周阻力下降，收缩压随之下降；舒张压下降，脉压上升。舒张压的高低主要反映外周阻力的大小。
4）主动脉和大动脉的弹性器作用
主动脉和大动脉的弹性具有缓冲动脉血压变化的作用，即有减少脉压的作用。其作用表现为：动脉的弹性下降，收缩压上升；舒张压下降，脉压上升。
5）循环血量和血管系统容量
正常机体循环血量与血管容积的适应，是血管内血液保持一定程度的充盈，以显示一定的压力。当循环血量减少而血管系统的容量变化不大时，或者循环血量不变而血管容量增大时，均会使体循环平均压降低，心输出量减少，动脉血压
第1章绪论
下降。反之，循环血量增加，心输出量增多，动脉血压升高[1]。
1.4连续血压测量的研究意义
连续血压测量已逐渐推广用于临床，一般认为27%用于诊断临床高血压及判断其严重程度，22%用于确诊有无白大衣高血压（white coat hypertension, WCH），25%用于评估降压药物疗效及血压控制情况等[6]。
首先，高血压病是心血管疾病重要的危险因素。据估计我国现有一亿多高血压患者，而高血压病人血压的测量对高血压的诊断和疗效判断起重要作用。传统的诊室血压（Office Blood Pressure Monitoring）易受周围环境、体位、心理和体力活动等多种因素影响，而且人体的血压在一天当中的波动较大，每天测量一次或数次，不能充分反映各种环境、条件下的血压变化，从而限制了对高血压病人的及时诊断。连续血压测量能提供24小时总体血压变化，与诊室血压相比更能反映人体的实际血压水平[7-9]。
其次，在医疗环境下由医生测量病人血压引起的短暂升压反应称为白大衣现象，由此引起的高血压称诊所高血压。诊所高血压产生的原因可能是医生测压对病人具有“加压素效应”。连续血压测量可以有效的避免“加压素效应”的产生[10-11]。
连续血压测量能提供24小时的血压参数，使临床医生能更好地评估经治疗病人的血压控制情况，有助于药物疗效的评价。
1.5国内外发展及应用现状
当前的血压测量方法可分为有创测量法和无创测量法两大类。有创测量法是将连接压力传感器的导管经皮肤直接插入大动脉或心脏检测血压信号，能够进行连续测量。由于这种方法直接测得血压，数据最为准确，可作为血压测量的“金标准”。无创测量法是通过检测体表浅表动脉管壁的搏动、血管内血液容积的变化间接得到血压。无创测量方法又可分为间歇式测量法和连续式测量法两大类，听诊法、示波法属于间歇式测量方法，容积描记法、超声法、脉搏波参数测量法和脉搏波速测定法属于连续式测量方法[12-13]。
一、听诊法
听诊法，又称为柯氏音法，是临床应用最广泛的无创检测手段之一，原理是利用充气袖带压迫动脉血管，随着袖带压力的下降，动脉血管呈完全阻闭-渐开-全开的变化过程，通过辨别动脉血流受阻过程中的过流声音及相应的压力点来确定收缩压和舒张压。听诊法由于其无创性、使用方便且费用低，临床应用广泛，但其读数完全依赖与人的听觉、视觉的敏感度和协调程度，主观性强。
二、示波法
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示波法，也称为测振法或振动法，是上世纪70年代发展起来的新方法。此方法的原理仍采用充气袖带来阻断动脉血流，由于动脉血流的脉动，由袖带可以检测出动脉血流产生的气压振动波。在血压的测量过程中，压力传感器不断检测袖带基线压及叠加在基线上的血流的脉动成份，并将压力信号转变成电信号，经放大、滤波、分离出袖带压和相应的脉动成份。最终，根据连续变化的脉动压幅值，计算出收缩压、平均动脉压及舒张压。
相对于柯氏音法，示波法具有干扰小，重复性好，测量误差小等优点。但是，示波法测量技术也有自身的缺点：
1.该方法对人的运动敏感，在测量过程中需要经常判断是否有运动干扰。
2.该方法检测的是叠加在血压信号上的振荡波信号，削弱了反应血压变化的高频成份，在跟踪、反应血压的突然变化上能力不足。
示波法的收缩压和舒张压的计算间无通用的统一标准，不同的仪器生产厂商都是在大量临床实验的基础上推算出的经验算法，从而精度不高。而且均存在充气-放气的过程，无法实现连续的血压测量。
三、容积描记法
在心脏搏动周期内，外周血管中的微动脉、毛细血管和微静脉内流过的血液相应的呈脉动性变化。当心脏收缩时血液容积最大，而在心脏舒张时容积最小。血液容积这种脉动性变化一般可通过光电容积传感器获得，所得的波形中含有容积脉搏血流信息。因此可以通过容积脉搏血流信息和血压信号的关系来获得收缩压和舒张压，该法被称为光电容积描记法[14]。
四、超声法
超声法的基本原理是利用超声波对血流和血管壁运动的多普勒效应来检测收缩压和舒张压。具体为在上臂袖带下放置一个超声传感器，8MHz的振荡源发生超声波，当超声遇到运动的血管壁时，其回波发生频移，频移范围在40-500Hz 范围内，并且血管壁移动速度与血流速度成比例。
该方法广泛应用于儿童测量。其优点在于适用范围广，抗干扰能力强，并且可以再现动脉波，可以用于连续测量动脉血压。缺点在于测量设备较复杂，受试者的活动会引起传感器和血管间的声波途径的变化。
五、脉搏波参数测量法
焦学军等人通过研究血压与脉搏波特征参数的关系，提出了一个选择多个与血压相关的脉搏波特征参数，通过回归分析建立适合不同人的特征方程，进行血压的连续测量的新方法。脉搏波降中峡的相对高度(h/H ) 反映外周阻力的大小。降中峡的相对高度h/H 与外周阻力呈正相关。重搏波的相对高度(g/H ) 反映动脉顺应性, 动脉顺应性是衡量血管硬化程度的指标, g/H 越大。动脉顺应性越好。H (1+ t s/t d) 反映每搏心输出量的大小，其中H 为主波幅度, t s/t d 为
第1章绪论
收缩期与舒张期之比, H (1+ t s/t d) 越大，每搏心输出量越大。焦学军等人通过实验得出：与收缩压有较好相关性的脉搏波特征参数主要是脉搏波传导时间和K值；与平均压有较好相关性的脉搏波特征参数主要是K 值、H (1+ t s/td )及脉搏波传导时间，不同受试者参数不同。通过对不同人群提取出相应的参数并建立统一特征方程，最终完成血压的测定。由于不同人群需要用不同的特征参数来描述，所以此方法在适用性上不强[15]。
1995年胡章和等人通过提取脉搏波波形中的脉搏波幅度和时间周期相关的特征值，并采用统计分析原理，最终建立了收缩压和舒张压的回归方程，不过，其适用人群仅限于孕妇的检测[16]。
六、脉搏波速测定法
脉搏波速测定法是根据脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压之间具有正相关的特点提出的，通过测量脉搏波速（PWV）间接推算出动脉血压值[17-18]。脉搏波速可通过脉搏波在动脉中两点间的传递时间进行计算，因此可以采用相同原理利用脉搏波传导时间（PWTT）间接推算出动脉血压值。经验上认为，血压与PWV具有准线性关系，早在1878年Moens和Korteweg就提出了能证明这种准线性关系数学基础的模型。80年代初，Tanaka等才通过对PWV的测量首次成功地推算出动脉血压值，但是测量结果离散性较大，精度仍有待提高[19-20]。
1.6论文的研究思路
本论文主要针对以下几个方面开展研究：
1.无创血压测量模型的建立，通过对郞伯-比尔定律的公式推导，建立指端血液容积变化与人体动脉血压之间的关系，最终建立无创血压测量模型。
2.无创血压测量电路的实现，能够实时的采集被测者的光电容积脉搏波，并对该信号进行实时的处理，通过串口通讯将该信号上传至PC机以实现进一步的分析处理。
3.无创血压测量软件的实现，通过在PC机上开发相应的软件实现对脉搏波信号的分析处理及存档，实现无创血压测量模型的计算，最终得到被测者的动脉血压值。
4.指脉实验的设计，为了验证无创血压检测系统的准确性及可行性，计划设计无创血压测量法与柯氏音法的一段时间血压跟踪对比实验,并对实验数据进行分析。
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第2章基于光电容积脉搏波的血压检测原理
第2章
基于光电容积脉搏波的血压检测原理
2.1引言人体心脏有节律的收缩和舒张将产生从主动脉根部出发沿着动脉管系传播的脉搏波。大量的临床实测结果证实，脉搏波的波形特征与心血管疾病有着密切的关系。脉搏波所表现出的形态（波的形状）、强度（波的幅值）、速率（波的速度）与节律（波的周期）等方面的综合信息的确在相当程度上反映出人体心血管系统的许多生理和病理特征。由于光电容积脉搏波描记法并不需要复杂而昂贵的仪器设备，且操作简单、性能稳定，具有无创伤和适应性强等诸多优点，因而受到国内外医学界的普遍重视，并引起工程科技人员的广泛兴趣。
本章将主要探讨郞伯-比尔定律与人体动脉血压之间的关系，并基于光电容积脉搏波提取血压特征参量，最终建立人体动脉血压的测量模型[21]。
2.2基于光电容积脉搏波检测人体血压
2.2.1基于郞伯-比尔定律检测光电容积脉搏波
郎伯-比尔（Lambert-Beer ）定律反映了光学吸收规律，即物质在一定波长处的吸光度与它的浓度成正比。这一定律的意义为：只要选择适宜的波长，测定它的吸光度就可以求出溶液的浓度和物质的含量。
根据郎伯-比尔定律，出入射光强与吸收层厚度和吸收物浓度的关系为
0/ECD I I e -=（2.1）
式中：I 0为入射光强，I 为透射光强，E 为吸收物质的吸光系数，C 为吸光物质的浓度，D 为吸光物质传输的距离（光程）。此定律以下列条件为前提：
1）入射光为单色光。
2）吸收过程中各物质无相互作用。
3）辐射与物质的作用仅限于吸收过程，没有散射、荧光和光化学现象。光电容积脉搏描记信号（PhotoPlethysmoGraphy ,PPG ）是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器[22]。在此过程中，由于受到指端皮肤肌肉组织和血液的吸收衰减作用，光电接收器检测到的光强度将会减弱。其中皮肤、肌肉和组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏收缩舒张作用下呈搏动性变化。当心脏收缩时外
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周血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，外周血管血容量最少，检测到的光强度最大，使光电接收器检测到的光强度随之呈脉动性变化。再将此光强度变化信号转换成电信号，将此电信号经放大器后便可获得容积脉搏血流的变化。
上述方法是利用光学方法进行生物组织的无损检测。其基本原理是根据组织对光的固有特性，利用光在组织中传播的效应来获取生物组织生理的、代谢的和结构的有用信息，为临床时间和理论研究提供方便可靠的指标。郎伯-比尔定律是对光电容积脉搏波进行分析的基础。
2.2.2郞伯-比尔定律与人体动脉血压之间的关系
基于上节的论述可知光电容积脉搏波可以反映指端血液容积的变化，而光电容积脉搏波是基于郞伯-比尔定律得到的。为了建立郞伯-比尔定律与人体动脉血压之间的关系，需要对郎伯-比尔定律进行推导。
光电容积脉搏波是通过光电传感器检测得到的，光电传感器的检测原理为光电传感器在手指的一端发射红光或红外光，然后在另一端检测透过手指的透射光强，并将其转换为电压信号，最终得到光电容积脉搏波信号。所以，基于郞伯-比尔定律和光电传感器的检测原理可以将透射光强与光电传感器的输出电压相关联，光程分为动脉内血液的光程和组织的光程。对郎伯-比尔定律进行修改后如下[23]：
（2.2）式中：t 为动脉组织部分参数，a 为动脉血液部分参数，V 为透射光强下的光电接受器的传输电压，Z 为光电传感器输出电压下的透射光强常量。
式（2.2）中关于吸光物质的传输距离可以分为动脉组织和动脉血液两部分：
()()0e a a a t t t E C D E C D V A e --=（2.3）
式中00A ZI =，()0e t t t E C D A -对应了转换常数和动脉组织光程；()0a a a E C D A e -对应
了动脉血液容积；为了对式（2.3）进行简化，对动脉组织部分简化得到下式：
()00e t t t E C D V A -=（2.4）
上式对应了动脉组织的传输电压，最终式（2.2）简化为：
()0e a a a E C D V V -=（2.5）
在式（2.5）中，为了更好的表述血液容积变化，可以用血液容积变化ψ代替光程C a 以建立郞伯-比尔定律与指端血液容积变化的关系。用ψ代替光程可以
得到下式：
()
0e t t t a a a E C D E C D V Z I --=
第2章基于光电容积脉搏波的血压检测原理
()0e
b V V -=12ψ（2.6）式中()1
24/a a b E C L p =，L 为通过动脉的光程距离，对式（2.6）两边做自然
对数处理得到下式：
0ln ln V b V =-+1
2ψ （2.7）
Paul H. Jones 等人做了大量的关于指端血液容积变化与人体动脉血压关系的实验，最终得到了关于指端动脉血液容积变化与血压的关系式 [23]：
i n f 12ψ=ψ（1-M e x p (-M P )）（2.8）
式中：ψ表述为指端动脉血液容积，ψinf 为对应于人体不同动脉血压值下的
指端动脉血液容积转换常数，M 1和M 2为对应于不同个体的指端动脉常数，P 为被测者的即时动脉血压值。此公式较全面、客观的反映了不同被测者的指端动脉血液容积变化与动脉血压的关系。首先，不同的个体其指端动脉波动状况不同，从而会影响到指端动脉血液容积的变化。式（2.6）中通过加入M 1和M 2这两个参数来区分不同个体的指端动脉状况，从而更加准确的反映了不同个体真实的指端血液容积变化。其次，人体动脉血压的变化势必影响到指端血液微循环血液容积的变化，所以式（2.6）中利用ψinf 这一转换参数将人体的不同动脉血压值与指
端血液容积变化建立联系，进而得到对应于不同动脉血压下的指端血液容积变化信息。最后，利用被测者的指端血液容积变化与人体血压之间的关系，得到被测者即时的动脉血压值。
将式（2.8）中关于ψ的表达式代入式（2.7）中可以得到下式：
()()()21210l n 1l n M P V b M e V -=--+12i n f ψ（2.9）
通过对上式进行泰勒级数展开以及消除高阶项，可以得到下式：
()2l n M P V f n e -=+（2.10）
上式中()0ln f V b =-12inf ψ，()1/2n M b ??=?÷è?
12inf ψ，进一步对上式变形得到：()()()2M P n e V u e -=（2.11）
上式中f u e =，根据上式便可以得到关于人体动脉血压的表达式：
()()()()2M P s n e s V
u e -=（2.12）()()()
()2M P d n e d V u e -=（2.13）
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()()()()
2M P m n e m V u e -=（2.14）
i n f V u =（2.15）
()()
0n V u e =（2.16）式（2.12）为人体收缩压的表达式，式中V s 对应于光电容积脉搏波信号的最高幅度值，P s 为人体真实的收缩压。
式（2.13）为人体舒张压的表达式，式中V d 对应于光电容积脉搏波信号的最低幅度值，P d 为人体真实的舒张压。
式（2.14）为人体平均压的表达式，式中V m 对应于光电容积脉搏波的信号平均值，P m 为人体真实的平均压。
式（2.15）为人体在不同血压值下所对应的光电容积脉搏波信号幅度值。式（2.16）为人体在零血压值状态下所对应的光电容积脉搏波信号幅度值。由式（2.12）～式（2.16）可以得到人体脉压差P p （收缩压与舒张压的差值）与人体舒张压P d 的表达式：
22ln 1e x p (/3)1e x p ()ln d
p m
p d
s V M P V M P V V ???÷--è?=--???÷è? （2.17）
220inf ln [exp()][1exp()]ln d s d d V V M P M P V V ???֏?=---???֏?
（2.18）
在式（2.17）中，令(
)2p M P e x -=，代入式（2.17）,经过推导可以得到以下公式：13ln ln 0ln ln d d m m d d s s V V V V x x V V V V ?????÷?÷è?è?-+-=?????÷?÷è?è?
（2.19）在式（2.18）中，令()2d M P e y -=，代入式（2.18）,经过推导可以得到以下公式：
20inf ln 0ln d s V V y y V V ???֏?-+=???֏?
（2.20）
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
体温、脉搏、呼吸、 血压的观察及测量 体温、脉搏、呼吸和血压是机体内在活动的客观反映，是判断机体健康状态的基本依据和指标，临床称之为生命体征。正常人的生命体征相互间有内在联系，并且呈比例、相对稳 定在一定范围之内。当机体在致病菌因子作用下，一般是体温、脉搏、呼吸和血压首先出现 不同程度的异常，反应出疾病发生、发展的动态变化。因此，监测并及时正确地记录生命体征，为临床正确诊断、及时治疗及护理提供第一手资料和依据，是护理工作的重要任务。 第一节体温的观察及测量 一、正常体温的观察及生理性变化 人体内部的温度称体温。保持恒定的体温，是保证新陈代谢和生命活动正常进行的必要 条件。体温是物质代谢的产物。三大营养物质在氧化过程中释放的能量，其中50％左右的能量变为体热以维持体温，并以热能的形式不断散发于体外；另有45％的能量转移到三磷酸腺苷（ATP ）的高能磷酸键中，供机体利用。机体利用的最终结果仍转化为热能散出体外。这就是产生体温的由来。 正常人的体温相对恒定的，它通过大脑和丘脑下部的体温调节中枢调节和神经体液的作用，使产热和散热保持动态平衡。在正常生理状态下，体温升高时，机体通过减少产热和增加散热来维持体温相对恒定；反之，当体温下降时，则产热增加而散热减少，使体温仍维持在正常水平。 （一）正常体温机体深部的体温较为恒定和均匀，称深部体温；而体表的温度受多种 因素影响，变化和差异较大，称表层温度。临床上所指的体温是指平均深部温度。一般以口腔、直肠和腋窝的体温为代表，其中直肠体温最接近深部体温。正常值：口腔舌下温度为37C（范围36.2 — 372C）,直肠温度375C（比口腔温度高（0.3-0.5 C ）.所谓正常体温不是一个具体的温度点，而是一个温度范围。
(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
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]。
血压及脉搏检查 【血压检查】 1．血压计：测量动脉血压（简称血压），一般采用血压计间接测量法。临床上常用的有汞柱式、弹簧式及电子血压计。成年人用的血压计袖带宽度为12－14cm，儿童用的为7－8cm。 2．测量方法： （1）听诊法：测压前病人应安静休息，脱去上衣袖，将手臂及血压计置于右心房水平位，即坐位时相当于第四肋软骨水平，卧位时相当于腋中线水平，手臂外展约45º。将袖带展平，气囊中部对着肱动脉，缚于上臂，松紧适宜，袖带下缘应距肘窝2－3cm。测量时先用一手触肱动脉（或桡动脉），另一手握橡皮球向袖带内打气，待肱动脉（或桡动脉）搏动声消失后，继续打气，使汞柱再升高20－30rum，然后将听诊器胸件放在肘部肱动脉上进行听诊，缓慢放气使汞柱徐徐下降（约每秒2mm），当袖带放气时首次听到响亮拍击声时，压力表上所显示的压力值即为收缩压，继续放气，直至声音突然转变为低沉，并很快消失，取动脉音消失时的压力值为舒张压，继续放气直到汞柱水银面下降到零点为止。重复测量2－3次，取其最低值作为测得的血压数值。 在某些情况下，需测量下肢血压作为对比，测下肢血压时，病员取俯卧位，袖带缚于大腿上，下缘距腘窝约3－4cm，用听诊法测量腘动脉动脉压力，作为下肢血压。 （2）触诊法：按听诊法捆缚袖带及打气。放气时，用手触桡动脉，至脉搏重现时，压力表上显示的压力值即为收缩压。此法无法测量舒张压，且测得的收缩压偏低，只有于休克患者，动脉音太弱，听诊不清时，用以粗略估计血压的水平。（3）注意事项 ①测血压前检查血压计的袖带宽度是否符合标准，汞柱水银面是否处于刻度的零点上。过窄的袖带需施以较大的压力才能阻断动脉血流，测得的血压偏高，过宽则偏低。 ②捆缚袖带前必须把袖带内的空气完全放出：捆缚松紧应适宜。袖带内空气未全部排出或捆缚太松，测得血压偏高；反之，将使测得的血压偏低。 ③测压时，血压计的水银表应保持直立。 ④因为某些动脉硬化高血压患者，在收缩压与舒张压之间可能存在“无音地带”，为避免“无音期”造成的测压错误，打气时，必须边打气边摸脉搏，直至脉搏消失后再上升20－30mmHg；放气时汞柱应下降到零点为止。 3．血压正常值：成年人120—139/80—89 mmHg 【脉搏检查】 脉搏检查一般常用桡动脉，亦可选用颞动脉、耳前动脉。颈动脉、肱动脉、股动脉、足背动脉。 触诊的内容及手法：以食指、中指和无名指的指尖互相并拢，平放于桡动脉近腕处触诊。先对比两侧桡动脉的脉搏大小是否相等，若差异不大，则选择一侧桡动脉进行仔细触诊。触诊的内容包括①脉率；②节律；③强弱或大小。强而大的脉搏，称为洪脉。弱而小的脉搏，称为细脉或丝脉；④紧张度：用手指按压桡动脉，阻断血流时，所施的压力大小。称为脉搏的紧张度；⑤动脉壁状态：以近心端的
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。
收稿日期：2011－01－10作者简介：章伟（1986—），男，重庆永川人，硕士研究生，主要研究方向为集成电路设计；高博（1975—），男，山东人，讲师，主要研究方向为集成电路设计；龚敏，男，四川成都人，教授，主要研究方向为集成电路设计、新型半导体材料与器件工艺。 基于LabVIEW 的光电容积脉搏波信号采集系统 章 伟，高 博，龚 敏 （四川大学物理科学与技术学院，四川成都610064） 摘要：光电容积脉搏波包含了人体丰富的生理、病理信息，对其进行实时监测可为临床研究和诊断提供 科学的指导。开发了一套基于图形化虚拟仪器工程设计平台LabVIEW 的光电容积脉搏波信号采集系 统， 可完成对该信号的实时采集、显示和数据存储。经过指端光电容积脉搏波信号的透射式采集实验，在LabVIEW 前面板上准确显示出了该信号的波形，有助于对光电容积脉搏波进行深入分析。关键词：光电容积脉搏波；采集系统中图分类号：R543文献标识码：A 文章编号：1000－8829（2011）12－0016－04 A Photoplethysmograph Signal Acquisition System Based on LabVIEW ZHANG Wei，GAO Bo，GONG Min (College of Physical Science and Technology，Sichuan University，Chengdu 610064，China) Abstract:Photoplethysmograph(PPG)includes abundant information of physiology and pathology．Real-time monitoring on it can provide scientific guidance for clinical research and diagnosis．A PPG signal acquisition system is introduced．This system is developed on an engineering design platform named LabVIEW，which is a virtual instrument based on graphic language．PPG signal acquisition system is used to collect，display and store data in real time．One experiment is carried out for this research，which gathers PPG signal from fingertip in transmission way．PPG waveform is exactly displayed on LabVIEW s front-panel．These display results are helpful to analyze PPG in depth． Key words:photoplethysmograph;acquisition system 光电容积脉搏波（PPG ， photoplethysmograph ）信号是人体重要的生理信号， 包含着人体心脏器官和血液循环系统丰富的生理、病理信息。当一定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过投射或反射方式传送到光电传感器。由于受到皮肤肌肉组织和血液的吸收衰减作用，光电传感器检测到的光电强度会有一定程 度的减弱。当心脏收缩时， 外周血管扩张，血容量最大，光吸收最强，因此检测到的光信号强度最小；当心脏舒张时，外周血管收缩，血容量最小，光吸收最弱，因此检测到的光信号强度最大，使得光电传感器检测到的光强度随心脏搏动而呈现脉动性变化。将此光强度 变化信号转换为电信号， 再经放大后即可反映出外周血管血流量随心脏搏动的变化［1］ 。PPG 信号对于临 床诊断和救护有重要的指导意义，但是由于PPG 信号 在采集过程中易受体内、 体外各种因素干扰，信号波形容易受到影响，为信号特征参数的提取带来很大困难，因此目前对PPG 信号的应用还主要限于提取其振幅 来计算血氧饱和度、 根据频率来得到心率上。可见，获取高质量的PPG 信号是其在临床上得到推广的重要基础。 LabVIEW 是美国国家仪器公司（NI ）推出的虚拟仪器开发平台，是计算机辅助测试（CAT ）领域的一项重要技术。基于图形化编程语言（G 语言）的Lab-VIEW 提供了功能强大的函数模块库，包含数学、仪器I /O 和信号处理等方面的函数。利用LabVIEW 软件可直接对经由PPG 信号硬件采集系统采集到的数字信号进行处理，利用软件的功能来设计低通滤波器，避免了滤波器硬件电路的设计，在降低设计难度的同时增加了滤波处理的精度，更可有效避免在滤波过程中引入的噪声和信号失真，使信号保持较高的真实性。因此，基于LabVIEW 来开发PPG 信号采集系统具有广阔的应用前景。
人体脉搏波检测电路 设计报告 精82 蔡暻煊2008010535 2010/9/13
目录 一、综述 (4) 1.课题背景 (4) 2.实验任务 (5) 3.实验预期目标 (5) 二、总体方案设计 (5) 三、电路设计 (6) 1.时钟信号产生 (6) 2.倍频电路 (7) 3.计数信号产生 (8) 4.计数电路 (8) 5.显示电路 (9) 6.清零信号的产生 (10) 四、电路整体工作原理 (12) 1.整体电路图 (12) 2.工作流程简述 (13) 五、实验数据分析 (13) 六、总结与改进方案 (14) 1.实习过程中的难点 (14) 2.仍然存在的问题 (14) 3.实习收获与感想 (15) 4.改进方案 (15) 1)使用数字器件 (15) 2)使用单片机 (16) 七、附录 (16) 1.器件汇总（数字电路部分） (16) 2.芯片管脚图汇总（数字电路部分） (17) 3.实际电路照片 (19) 八、参考文献 (23)
一、综述 1.课题背景 1) 光电容积法测量脉搏的发展背景 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。 传统的脉搏测量采用脉诊方式, 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。无创测量(Noninvasive Measurements) 又称非侵入式测量或间接测量, 其重要特征是测量的探测部分不侵入机体, 不造成机体创伤, 通常在体外, 尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。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、可重复性好等优点。 2) 脉搏波检测传感器原理 根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律, 物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。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将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。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。 下图为手指的血液流动情况与光吸收量的关系： 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, 通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。
安静和运动后脉搏、血压的测定 【实验目的】 掌握动脉血压间接测量的原理和方法，掌握脉搏测定方法，观察运动对人体脉搏、血压的影响。 【实验原理】 在每个心动周期中，动脉内的压力发生周期性波动，这种周期性压力变化可引起动脉搏动，搏动产生后沿血管壁向末梢传播，在浅表动脉上可触摸。血液在血管内流动时没有声音，但当血液流经血管狭窄处形成漩涡，急速的血流冲过狭窄，撞击管壁时，则发出声音。【实验对象】 普通学生。 【实验器材】 听诊器、血压计、秒表。 【实验步骤】 3人一组，一人被测，一人测试。一人记录。 一、测安静脉搏 触摸桡动脉或听心率，计数，记录。 二、量安静血压 l．熟悉血压计的结构 血压计有柱式和表式两种，都由检压计、压脉袋和橡皮充气球3部分组成。 2．检测 受试者脱去一衣袖，静坐片刻。令受试者将前臂平放于桌上，与心脏在同一水平位，手掌向上。将压脉带缚于上臂，其下缘至少在肘关节上2cm，松紧适宜。在肘窝内侧先用手指触及肱动脉脉搏，然后将听诊器胸件放于其上，带上将听诊器耳件。 测量收缩压和舒张压：用橡皮球将空气打入压脉袋内，使检压计中水银柱逐步上升到约200mmHg。随即徐徐松开气球旋扭，缓慢放气，减低压脉袋内压力。在水银柱缓慢下降的同时仔细听诊，当听到轻微而又清脆的“砰”音时检压计上水银柱的刻度即为收缩压。水银柱继续下降，动脉音逐渐增大，最后完全消失。在声音突然消失（或变弱）的瞬间，检压计上水银柱刻度即为舒张压。 反复测量3次，如血压值波动＜4mmHg即为准确。 3.记录 血压记录：收缩压/舒张压mmHg。 三、测运动后脉搏、血压 拉开压脉带与检压计相连的橡皮管接头（不要取下压脉带）。安排好记时后，令受试者作15″原地疾跑，测运动后即刻血压1次。 【实验作业】 大强度运动对脉搏、血压有何影响？为什么？ 下次课：实验二视野测定 星期日1.2节1班星期日3.4节2班 星期日5.6节3班星期日7.8节4班
光电容积脉搏波描记法原理及其在临床上的应用 罗志昌张松杨益民李旭雯 本文作者罗志昌先生北京工业大学生物医学工程中心教授张松先生副研究 员 杨益民先生助理研究员李旭雯女士助理研究员 关键词: 光电容积脉搏波描记法 一前言 光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy PPG)是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法当一定波长的光束照射到指端皮肤表面时光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器在此过程中由于受到指端皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用检测器检测到的光强度将减弱其中皮肤肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化当心脏收缩时外周血容量最多光吸收量也最 大检测到的光强度最小; 而在心脏舒张时正好相反检测到的光强度最大 使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化将此光强度变化信号转换成电信号便可获得容积脉搏血流的变化由此可见容积脉搏血流中包含有心搏功能血液流动等诸多心血管系统的重要生理信息同时容积脉搏血流主要存在于外周血管中的微动脉毛细血管等微血管中所以容积脉搏血流同样包含有丰富的微循环生理病理信息是我们研究人体循环系统重要的信息来源由于光电容积 脉搏波描记法并不需要复杂而昂贵的仪器设备且操作简便性能稳定具有无创伤和适应性强等诸多优点因而受到国内外医学界的普遍重视引起工程科技 人员的广泛兴趣自1938年Hertzman首次提出光电容积脉搏波描记法原理以来的半个多世纪中国内外的许多科研人员在此领域中做了大量的基础研究和临床应用研究工作应用领域亦由人体循环系统发展到呼吸系统在人体血压血流血氧脑氧肌氧血糖微循环外周血管脉率呼吸率和呼吸容量等的无创检测中都有很好的应用前景并由此开发出许多在临床上有实用价值的医疗仪器 新产品本文将对此作一综述 二与PPG有关的基础性研究工作
第1章绪论 1.1 研究背景和意义 随着社会和科学技术的不断进步，人们对生命现象的认识也越来越深入，生物医学信号的检查是对人体健康状况评估的手段。在医院里，通过检查必要的生物医学数据，医生可以对病人健康程度做一个评估，并且根据数据诊断出病患所得的疾病以及康复状况。同时，医药保健类产品早已经不是医院的专利，以家庭为单位，几乎每个家庭都配备了必要的医疗保健类用品[1-3]。在适宜的医疗设备条件下，病人可以不依靠医生的辅助，自己采集医学生理数据，通过医学根据对此参数分析，评估健康水平或者诊断自身是否有疾病。现代的医疗仪器给人民生活带来了便捷，在智能化、便携式、可靠性、安全性等方面都有了很大的提高。仪器在实现功能的同时都有不同的特点，有的仪器便于携带，有的仪器操作简单。当然，结合众多优点的仪器无疑受到消费者的青睐。以医院为单位，因为测量出来的数据可以直接提供给医生作为诊断或评估病人身体状况的参考，所以这类医疗仪器性能高、功能强大、测量数据准确。而对于以家庭或个人来说，在保证功能的同时，方便测量生理数据、便于携带、价格低廉、智能化这些特点是此类医疗仪器发展的趋势。 作为诸多生理信号的一种，脉象信号蕴含着丰富的信息，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[4]。许多中医文献分析脉象的形成和西医分析虽然表、述各有不同，但是有相同的科学原理。 人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏[1]。 正常人的脉搏和心跳是一致的。脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟
盘点可穿戴设备心率监测那点事 来源：互联网 [导读]在此之前，包括三星 Gear Fit、Fitbit Surge、Microsoft Band等手环上也都配备的是光电式心率计，它们从原理和本质上与Apple Watch是没有差别。 关键词：Apple Watch智能硬件可穿戴设备 Apple Watch所采用的心率监测是“光电容积脉搏波描记法”，简称光电式或透射法，它的原理非常简单——通过Apple Watch背面配备的绿色LED灯，搭配感光光电二极管照射血管一段时间，由于血液是红色的，它可以反射红光而吸收绿光，而在心脏跳动时，血液流量增多，绿光的吸收量会随之变大，处于心脏跳动的间隙时血流会减少，吸收的绿光也会随之降低，基于此，就可以根据血液的吸光度来测量心率。 在此之前，包括三星 Gear Fit、Fitbit Surge、Microsoft Band等手环上也都配备的是光电式心率计，它们从原理和本质上与Apple Watch是没有差别的，这也就使得它们的问题也同样是共性的——设备都需要紧贴手腕，并且毛发不能过于旺盛、不能出汗、也不能在运动时测量。这也就是为何苹果会建议用户在进行心率监测时让手表贴紧皮肤的原因，此外，苹果在介绍中也表示在天冷的情况下，用户手腕部位的血流量可能不足以监测到心率，而且用户在进行节率性运动（如：跑步和骑行）时，心率测量的准确性会比无规则运动（如：网球和拳击）更加的准确——这些亦都是光电式心率监测的局限性所在。 不过可能更令人沮丧的是，由于当血液经过毛细血管流入手腕时，血液流动速度实际上已经减缓了，因此最终的结果也不一定能够真实反映心率——也就是说，使用 Apple Watch 监测出的心率数据，最后可能还不如一些手机准确，特别是在手握机器的情况下，由于人的食指指尖有一个动脉血管，而后者能够和心脏基本保持一样的频率。 除了光电式监测之外，另一种心率监测方式也在一些穿戴设备上普及开来，这就是生物电式，它的核心是借助于生物电阻抗传感器，通过生物肌体自身阻抗来实现血液流动监测，
第３３卷 第１期２０１６年 ２月生物医学工程学杂志 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１６基于光电容积脉搏波描记法的心率变异性分析系统 前端装置设计＊ 石 磊１△ 孙 朋２ 庞 宇１ 罗志勇１ 王 伟１ 王延项１ １（重庆邮电大学光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室，重庆４０００６５ ）２（解放军３０９医院，北京１０００９１ ）摘 要：心率变异性（ＨＲＶ）是指逐次心跳周期差异的变化情况，它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调制，是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个很有价值的指标。传统对ＨＲＶ的分析多是基于心电信号，而心电信号的采集过程较为复杂，因此我们设计了一种基于光电容积脉搏波（ＰＰＧ）描记法的ＨＲＶ分析系统，ＰＰＧ信号通过单片机从人体手指端采集，数据经过ＵＳＢ转串口模块发送给上位机，上位机软件将采集到的数据绘成波形图并将数据存储下来，以便日后ＨＲＶ分析使用。该系统尺寸小、功耗低、操作简单，适用于家庭和医院的日常监护。关键词：心率变异性；心电图；光电容积脉搏波描记法；低功耗 中图分类号 Ｒ－３３ 文献标志码 Ａ ＤＯＩ １ ０．７５０７／１００１－５５１５．２０１６０００４Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｈｅａｒｔ Ｒａｔｅ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ ＳＨＩ Ｌｅｉ １ ＳＵＮ Ｐｅｎｇ２ ＰＡＮＧ Ｙｕ１ ＬＵＯ Ｚｈｉｙｏｎｇ１ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ １ ＷＡＮＧ Ｙａｎｘｉａｎｇ １ １（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｌｅｖｅｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ＴｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）２（ＰＬＡ３０９ｔｈ Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１ ０００９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ（ＨＲＶ）ｉｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｅａｒｔｂｅａｔ ｃｙｃｌｅ，ａｎｄ ｉｔｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｉｃ ｎｅｒｖｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｕｓ ｎｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｒｔ．Ｔｈｅ ＨＲＶ ｉｓ ａ ｖａｌｕａｂｌｅ ｉｎｄｉ－ｃａｔｏｒ ｉｎ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｄｄｅｎ ｃａｒｄｉａｃ ｄｅａｔｈ ａｎｄ ａｒｒｈｙｔｈｍｉｃ ｅｖｅｎｔｓ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＨＲＶ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｍｕｌｔｉ－ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ（ＥＣＧ），ｂｕｔ ｔｈｅ ＥＣＧ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｓｏ ｗｅ ｈａｖｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎ ＨＲＶ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＰＧ）．ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ａ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｒｏｍ ｈｕｍａｎ’ｓ ｆｉｎｇｅｒ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｖｉａ ＵＳＢ－Ｓｅｒｉａｌ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｌｌｅｃｔｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｐｌｏｔ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ，ｂｕｔａｌｓｏ ｓｔｏｒｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＨＲＶ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｍａｌｌ ｉｎ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ ｅａｓｙ ｆｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｄａｉｌｙ ｃａｒｅ ｎｏ ｍａｔｔｅｒ ｗｈｅｔｈｅｒ ｉｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｔ ｈｏｍｅ ｏｒ ｉｎ ａ ｈｏｓｐｉｔａｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ；ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ；ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ＊国家自然科学基金资助（ ６１４７１０７５）；重庆高校创新团队建设计划（智慧医疗系统与核心技术创新团队） △通信作者。Ｅ－ｍａｉｌ：１４０３９５５３５８＠ｑｑ ．ｃｏｍ引言 心血管系统疾病是威胁人类生命安全的重大疾 病，具有高发病率、高致残率和高死亡率等特点［ １］ 。根据世界卫生组织统计，全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达１ ５００万人，居各种死因首位。心率变异性（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ，ＨＲＶ）指逐次心跳周期差异的变化情况，它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调制，反映了自主神经系统的活性，是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个很有价值的指标。光学容积描记（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａ－ｐｈｙ ，ＰＰＧ），也叫光电容积脉搏波描记法，是一种用来检测组织微血管中血容量变化的光学测量方 法［２－ ５］。传统对ＨＲＶ的分析多是基于心电信号，但是随着光电技术在医疗应用中的扩大，人们对利用 光电技术测量人体生理参数的研究也逐渐加强。１９８１年，Ｎｉｊｂｏｅｒ等提出影响ＰＰＧ信号强度的因素包括血液容量、红血球的位置和血管运动等。２０１１
工学硕士学位论文 脉搏波信号处理算法及实验研究 张富强 哈尔滨工业大学 2008年6月
国内图书分类号：TP274+.2 国际图书分类号：621.38 工学硕士学位论文 脉搏波信号处理算法及实验研究 硕士研究生：张富强 导师：祝宇虹副教授 申请学位：工学硕士 学科、专业：机械电子工程 所在单位：机电工程学院 答辩日期：2008年6月 授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index: TP274+.2 U.D.C: 621.38 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON ALGORITHM OF SIGNAL PROCESSING OF PULSE WAVES AND THE EXPERIMENT Candidate：Zhang Fuqiang Supervisor：Prof. Zhu Yuhong Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Mechatronics Engineering Affiliation：School of Mechatronics Engineering Date of Defense：June, 2008 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 脉搏波信号处理算法的研究对于心血管疾病多参数检测技术的发展具有重大意义。近年来，脉搏波信号的特征提取已经成为人体健康监护领域的研究热点之一。通过脉搏波信号能够检测心血管功能的多项参数，具有无创、快速等特点，是防治心血管疾病的重要手段。目前，脉搏波信号的处理算法研究还不成熟，特别是信号的特征提取，使其在检测设备中的应用发展缓慢，开展该方面的研究具有重要的实际应用价值及社会意义。 首先，对脉搏波信号特点及波形特征进行了分析，在此基础上采用了基于数学形态学的脉搏波信号预处理算法，分别设计了加权组合形态滤波器去除脉冲噪声和抑制基线漂移，并进行了仿真研究，该算法能够有效去除噪声而不损伤原信号的特征。 其次，针对脉搏波信号与振动系统的联系，建立了基于振动理论的脉搏波信号特征提取数学模型，在此基础上，提出了脉搏波信号特征提取算法，对该算法进行了数学分析，证明其物理可实现性，得到了相关参数的范围。并针对脉搏波信号的周期、波形和血压信号特征，定义了相关的特征提取向量，并给出具体实现过程中的信号运算数学表达式。 最后，设计了脉搏波信号处理实验系统，包括脉搏波和血压信号检测硬件电路，微处理器信号采集与处理任务，以及上位机基于VB6.0的心血管功能检测软件。利用实验系统采集到的脉搏波信号，对算法进行验证，实验结果表明，本文提出的算法能够有效去除脉搏波信号中的噪声，提取出脉搏波信号和血压信号特征，通过实验分析，特征提取算法具有准确性高，计算量小、连续性好、在线处理能力强、可实现插值功能等特点。将算法应用到心血管功能检测中并进行实验，取得了较好的效果。 关键词脉搏波；信号处理；振动理论；特征提取；实验系统 - I -