光电智能脉搏测量系统的研究

　　0　引　言

　　在传统的中医学中,脉象起着非常重要的作用,人体的脉搏包含着大量的生理和病理信息。为了实现中医诊疗方法的客观化和定量化,利用现代电子信息技术和计算机科学技术对人体生理信息进行采集、处理和定量描述便具有非常重要的意义。

　　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,由于光电检测技术具有很高的绝缘性、和抗电磁干扰的性能,并且可以进行非接触、无损伤地检测,因此,本研究采用光电法测量指尖的脉搏波,能够实时显示脉搏波波形及脉率,并将脉搏的特征信息记录、保存下来,可随时观察及调用。

　　1　测量原理

　　红外光投射手指毛细血管时,由于毛细血管的动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化引起透光度的变化,于是红外接收管输出的信号的变化也是周期性变化的,反映了动脉血的变化情况,从而实现了光信号的到电信号的转变,然后将光电信号进行滤波、放大、整形、A/D转换和进一步处理。利用指套式投射光电传感器,原理如图1。从发射管发出的光穿过皮肤进入深层组织,被皮肤、色素、指甲、血液等吸收外,一部分由皮肤和血液漫反射回,其余部分则投射出来,这种方法可较好地指示心率的时间关系,并可用于脉搏波形的测量。

　　2　测量系统设计

　　光电智能脉搏波测量系统以ATmega8单片机为核心,由于ATmega8是低功耗、高性能、抗干扰能力强、8K可多次擦写的Flash具有多重密码保护锁死(LOCK)功能的AVR高速单片机,因此可以高速的进行数据处理。由光电传感器作为输入,通过对输入信号进行放大、滤波、16位A/D转换后传输到单片机处理,同时将信号经RS232接口传至计算机,从计算机显示波形图及心率。系统结构框图如图2所示。

　　2.1　光电传感器电路设计

　　传感器电路是本设计关键,其性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结果的显示。在人体呼吸过程中,血液中的载氧血红蛋白的含量和还原血红蛋白的含量在变化,使得血液对光的吸收系数在变化,故拾取到的脉搏波曲线的基线往往随呼吸运动起伏变化。所以采用红外发光管作为光源,对由呼吸运动造成的脉搏波曲线的漂移有抑制作用。

　　接收电路的核心元件是光敏三极管,为了获得最佳的信噪比,前置电路采用低噪声放大器,尽量降低输入噪声。因此选用低噪声光敏器件及电阻,采用低电平供电,根据传感器输出源阻抗特性,确定低噪声工作点和进行噪声匹配,以便获得最小的噪声系数。

　　2.2　信号调理电路的设计