多通道脉搏采集系统
基于STC89C52的多通道脉搏采集系统的设计案例
时间:2011-08-31 15:48 作者:中国计量测控网 来源:未知
0 引言
脉诊之所以重要是由于脉象能传递机体各部分的生理病理信息,是窥视体内功能变化的窗口,可以为诊断疾病提供重要依据。但是传统脉诊主要依赖于医者的经验和主观判断,再加上被诊者的个体差异使得脉象的辨认、识别缺乏统一、精确的标准。因此,脉搏采集系统的研制有助于脉诊的客观化研究。脉搏采集系统设计难点在于如何模拟医者手指,在最佳取脉压力下获取清晰的脉搏波谱,并根据不同的压力变化,完成对寸、关、尺三个脉位复杂脉象的提取和识别。
自20世纪50年代以来,对于脉学的理论、脉诊方法、临床诊断和实验研究等方面均开展了大量工作,取得了较大的进展。英国人Marey最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器,并记录了桡动脉脉搏波。1860年首次出现杠杆和压力鼓式描述脉搏图,1890年开始采用换能的方式,出现了杠杆式光学脉搏描述器。20世纪50年代我国学者朱颜首次将杠杆式脉搏描记器引用到中医脉诊的研究中来。自70年代至今,研究人员已研制出种类繁多的换能器以模拟中医切脉的手指,采集并记录了脉搏信号。
国内外典型的脉象诊断仪如:由北京医疗器械总厂生产的BYS-14型脉象仪和北京斯脉福生产的28脉脉象仪能对脉搏波进行检测重现,并能识别临床中医常见37种脉象图。ZM-Ⅲ型智能脉象仪由上海中医药大学研制,是我国当前较先进的一种脉象仪,能自动采集脉象信号,并将中医脉象的位、数、形、势和脉图的各项特征参数作自动分析处理。为了达到分层取脉的目的,日本Colin公司研制生产的CMB-3000/2000型桡动脉脉波检测仪利用张力法测量原理进行无损伤连续血压监测。
本文主要从脉搏传感器的选择,信号调理电路的设计,取脉压力的自动控制以及信号的初步处理等方面介绍寸、关、尺三处脉位在浮、中、沉等不同状态下的信号采集,为脉诊客观化的进一步研究奠定了基础。
1 脉搏信号的特点
脉搏信号的特点如下:
(1)强干扰下的微弱信号。由于脉搏信号幅度很小,大约是微伏到毫伏的数量级范围。因此,极容易引入干扰,这些干扰有来自50 Hz的工频干扰,有来自肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等。 (2)频率低但能量相对集中的信号。人体的脉搏频率非常低,约为0.5~4 Hz,一般情况下为1 Hz左右,脉搏信号可看成一个准直流信号,也可看成是一个低频交变信号。根据脉搏功率谱能量分析,健康人脉搏能量绝大多数分布于1~5 Hz,而病人脉搏在1 Hz以下和较高频段(如5 Hz以上或10 Hz以上)仍有相当一部分的能量分布。
(3)复杂且易变的随机信号。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。
2 采集系统的设计要求
(1)传感器的选取。由于不同类型的传感器原理不同,所获取的原始波形也是不尽相同的。本系统中,选用的传感器是BP300T压力传感器和PVDF压电薄膜传感器。
(2)隔离、放大、滤波整形电路等硬件电路的设计。
由于所提取的信号非常微弱,且富于变化,需要附加多重滤波电路。
(3)以STC89C52为核心的实时采集系统。经过调理的模拟信号通过A/D转换,采集到单片机中,并立即通过串口与上位机进行通信,将数据进行传输。
(4)压力自动控制。通过单片机对气泵和电磁阀的控制,达到对腕带压力实时控制的目的。
(5)脉搏波形重现。通过上位机软件对采集到的数据进行波形重现。
3 系统方案设计
系统以单片机STC89C52为核心,外设电路由传感器,信号调理电路,A/D转换器组成,系统的结构框图如图1所示。
系统的硬件实现方案总体设计如图2所示。
系统部分功能如下:
压电传感器 作为测量电路的最前端,其作用是将脉搏的动态信息转换为电压信号,方便采集,是整个采集系统的关键。
BP300T压力传感器 用于对整个加压过程的压力监测,实现在不同的取脉压力下对脉搏信号进行采集。
前置放大和二级放大电路 对微弱的脉搏生物信号进行合适的放大,使其满足电压的转换条件。
带通滤波电路 脉搏波信号微弱,频率低,容易受到外界干扰,所以必须使用滤波器将信号频带外的干扰去除。
3.1 传感器的选择
脉搏传感器的选择对于整个采集系统的设计非常重要。脉搏传感器的基本功能就是将切脉压力和桡动脉搏动压力这样一些物理量(非电量)转换成为便于测量的电信号。因此要求传感器具有一定的检测重复性和线性,可以重复使用,而且测得的数据具有一定的精度;其次,环境温度对其影响较小,可以保证在较大范围内数据具有一定的精度;同时,还需具有一定的灵敏度和稳定性。
3.1.1 SC0073传感器
该传感器采用压电复合材料作为换能元件,信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量,再经传感器内部放大电路转换成电压信号输出。该传感器是一种高性能低成本的振动传感器,具有灵敏度高、频率响应范围宽、抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点。通过测试该型号传感器性能基本满足条件,但是信号稳定性欠佳,尤其是柱状的结构外形,导致其无法与腕带方便的配合。
3.1.2 HK-2000B脉搏传感器 HK-2000B脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏组件、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调理电路集成在传感器内。主要特点是灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、性能稳定可靠、使用寿命长。实验发现由HK-2000B提取信号绘制的脉搏波形清晰稳定,使用时无需搭建前置放大电路,但体积过大,无法对三个脉位进行同时测量。
3.1.3 PVDF压电传感器
PVDF压电传感器由PVDF压电薄膜构成。与其他压电材料相比,PVDF压电薄膜具有压电系数大、频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点,且重量轻、柔软不脆。对该传感器的测试如下:分辨率、灵敏度等指标均符合要求,而且得到的脉搏波形与HK-2000B获得质量相当。综合以上对比,本设计方案中选取PVDF压电传感器作为脉搏测量传感器。
3.1.4 BP300T压力传感器
本系统中使用BP300T压力传感器监测腕带压力。BP300系列压力传感器是专为电子血压计开发的一款压力传感器,具有结构简单、性能稳定、可靠性好、通用性强等优点。
3.2 信号调理电路
脉搏信号处理电路主要是对检测到的微弱脉搏电信号进行信号处理,并滤去多余的噪声信号。考虑到脉搏信号为超低频信号,极易引入工频干扰,而且采集到的脉搏电压信号幅度通常在0~20 mV之间,并不符合A/D转换器的输入电压的范围(一般为-5~ 5 V)。鉴于以上特点,PVDF脉搏传感器和压力检测传感器均使用以下调理电路。
3.2.1 前置放大电路设计分析
前置放大电路对于脉搏波信号采集来说至关重要,考虑到脉搏信号的特点,为了放大噪声环境中传感器输出的弱信号,对于放大器要求具有:极高的共模和差模输入阻抗;很低的输出阻抗;精确和稳定的增益;极高的共模抑制比。基于以上分析,选用ANALOG DEVICES公司生产的低功耗、高精度仪表放大器AD620作为前置放大的核心器件。
图3是AD620的简化示意图,AD620由三个放大器组成,其内部采用“三运算放大器”典型电路,仅需要一只外接电阻便可使增益在1~1 000之间任意调节,其调节是通过1脚和8脚间的阻抗Rg来实现的。AD620管脚图如图4所示。前置放大电路结构如图5所示。
3.2.2 带通滤波电路 带通滤波器是一个允许特定频段的波通过、同时屏蔽其他频段的设备。可以由低通滤波器和高通滤波器串联组合而成。
本系统的滤波电路采用双运放LM358。LM358是双运放集成电路,封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式,其管脚图如图6所示。它内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。其主要特性:短路保护输出;真差动输入级;单电源工作:3.0~32 V;低输入偏置电流;具有内部补偿;共模范围扩展到负电源。带通滤波电路结构如图7所示。
3.2.3 二级放大电路
其目的是把信号放大到适合A/D转换的要求,从而使前置放大器的放大倍数不至于太高而产生波形的失真。因为前置放大后信号的大小为50 mV,因此后级放大倍数为100。二级放大电路结构如图8所示。
3.3 A/D转换器和单片机
本系统中采用美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器TLC1543,这款芯片除了高速的A/D转换器和通用的控制能力外,内部还有14个A/D转换通道,其中11个通道可以作为外部输入的模拟电压,3个通道是芯片内部的自测电压。其采样一保持功能自动进行,管脚图如图9所示。
本系统选用STC89C52单片机,可重复烧写10万次。STC89C52完全兼容AT89C51,AT89C52等系列单片机。
3.4 压力控制模块
压力控制模块由充气泵、充气电磁阀、放气电磁阀组成,控制核心是单片机,用三极管作为控制开关,如图10所示,充气泵和充气电磁阀配合使用,对整个测量过程进行加压,减压时充气泵、充气电磁阀关闭,放气电磁阀打开使腕带压力减小。
3.5 电源
系统中AD620和LM358都需要±5 V供电,充气泵、电磁阀以及单片机需 5
V电源,为满足条件提出以下方案。
3.5.1 基于ICL7660的电源设计
ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。利用该转换芯片可以方便的产生所需电压。其设计原理如图11所示。
3.5.2 LM2940电源模块
为了避免引入50 Hz工频信号对电路的干扰,因而选用干电池供电,干电池提供的电压为7.5 V。为了达到较好的供电质量,在电路中选择LM2940稳压芯片,将7.5 V左右的电压稳定到5 V。如图12所示。
经过实验和比较,方案二中的设计较第一种设计更为稳定、便携,故使用该设计方案。
4 脉搏信号的再现和处理
脉搏信号在上位机上的显示界面采用Visual Basic6.0创建,并利用其中的MSComm通信控件实现串行通信,所有的控制均通过人机交互界面直接操作,显示界面如图13所示。其中MSComm通信的函数说明如下:CommPort:设置或返回通信端口号;Settings:设置初始化参数,以字符串形式设定波特率、奇偶校验、数据位、停止位;PortOpen:设置或返回通信端口的状态,同时可打开和关闭端口;Input:用于从接收缓冲区返回并删除字符;Output:用于向发送缓冲区写数据或一个字符串。获得的测量数据在Matlab中进行处理和分析,仿真结果如图14所示。
心电监护仪(迈瑞参数)
心电监护仪
1、插件式监护仪,新生儿专用配置
2、彩色LED显示屏不小于8.4英寸,彩色分辨率不小于800*600,6通道波形显示
3、具备可监测心电,呼吸,无创血压,血氧饱和度,脉搏和体温功能
4、具备心电概览报告,统计分析心率变化情况不少于24小时,可全息波形与趋势图联动显示
5、可显示PI血氧灌注指数,反映血氧灌注情况
6、具备抗干扰和弱灌注血氧技术
7、具备CCHD新生儿危重先心病筛查临床辅助应用功能
8、可选微流EtCO2,抽气速率≤50ml/min
9、可选有创血压,最多可配置2通道,支持PPV监测
10、具备药物计算、血液动力学计算功能,氧合计算,通气计算,肾功能计算
11、具备掉电存储功能,交流电与电池断电时均可保存当前数据
12、具备120小时趋势图表、100个报警和手动事件、1000组NIBP测量、100条呼吸氧合事件的数据存储和回顾功能,48小时全息波形回顾.
心电监护仪
*1.1:便携插件式监护仪,配置提手,方便移动
*1.2:12.1英寸彩色LED背光显示,彩色高分辨率达800*600
1.3:整机无风扇设计,为科室提供更安静的治疗环境,减小临床交叉感染的风险
2:监测参数:
2.1:配置3/5导心电,呼吸,无创血压,血氧饱和度,脉搏和双通道体温参数监测
2.2:多导同步心电信号分析心电监测技术
*2.3:支持不少于22种心律失常分析,包括房颤分析,并列举具体的心律失常种类,满足心电监护临床应用
2.4:支持升级提供过去24小时心电概览报告查看与打印,包括心率统计结果,心律失常统计结果,ST统计和QT/QTc统计结果
*2.5:提供实时QT和QTc监测,适用于成人,小儿和新生儿
2.6:采用抗运动和弱灌注血氧技术
2.7:支持指套式血氧探头,IPX7防水等级,支持液体浸泡消毒和清洁
*2.8:无创血压提供手动,自动,连续和序列4种测量模式,满足临床应用 2.9:无创血压成人测量范围:收缩压25~280mmHg,舒张压10~240mmHg,平均压15~250mmHg
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一种新型睡眠监控健康床垫
502020《家电科技》学术年会论文集
一种新型睡眠监控健康床垫
谌凌3M中国有限公司 上海 200233
摘要:本文采用EMFi压电薄膜传感器制作的新型睡眠监控健康床垫,实现了在无负荷条件下对用户在睡眠中离床、翻身等睡眠质量相关的
信号监测和评估。利用现代信号处理方法,实现了对呼吸波、心率的实时监测。通过两者信号的融合统计分析,该健康床垫有望实现在睡眠
中健康相关数据分析,和紧急事件的响应。关键词:压电薄膜传感器;无负荷;睡眠监测
A kind of intelligent mattress to monitor the sleeping quality
CHEN Ling3M China Limited Company Shanghai 200233
Abstract: In this paper, a novel EMFi piezoelectric thin film sensor based sleep monitoring health mattress was made to monitor and evaluate the sleep quality of users during sleep without load. With modern signal processing method, respiratory wave and heart rate can be real time monitored. Through the combination of the two signals statistical analysis, the health mattress is expected to achieve sleep related health data
analysis, and emergency response.Keyword: EMFi piezoelectric thin film sensor; Load-less; Sleeping monitor
7.0T核磁共振成像系统技术要求
7.0T核磁共振成像系统技术要求
一、主要配置清单
货物名称 序号 物品名称 数量 单位
7.0T核磁共振成像系统 1 主动屏蔽磁体 1 个
2 主系统 1 个
3 射频功率放大器8x2kW 1 个
4 主动屏蔽磁体外壳 1 个
5 32射频接收通道 1 个
6 无线生理门控系统 1 个
7 病人监视TV控制 1 个
8 病人监视器壁挂支持装置 2 个
9 病人摄像头及控制装置 1 个
10 MR工作台 2 个
11 MR整理箱 2 个
12 视频分配器 1 个
13 遥控彩色监视器 1 个
14 脑功能光电触发转换器 1 个
15 PC键盘 1 个
16 附件储藏箱 1 个
17 神经系统专用线圈:单通道发射;≥32接收通道 1 个
18 神经系统科研专用线圈:≥8通道发射;≥32接收1 个 通道
19 膝关节专用线圈:单通道发射;≥28接收通道 1 个
20 7T专用腹部线圈 1 个
21 7T专用大鼠线圈 1 个
22 7T专用小鼠线圈 1 个
23 7T专用兔子线圈 1 个
24 小鼠线圈(适用于3.0T MRI及以上) 1 个
25 磷/氢质子环形线圈 1 个
26 无磁麻醉机 1 套
27 无磁监护仪 1 套
28 无磁转运床(可升降) 2 套
29 无磁轮椅 2 个
30 铁磁探测系统 2 套
31 无磁空气消毒机 2 个
32 无磁灭火器 2 个
33 无磁监视系统(4个监视摄像头) 2 套
34 高级磁共振工作站 1 个
35 神经系统软件包 1 个
36 骨关节系统软件包 1 个
37 工作站MR后处理软件包 1 个
38 工作站MR神经系统高级软件包 1 个
39 IDEA科研包 1 个 40 四维血流磁共振成像及后处理软件 1 套
41 DCE后处理软件,可得出ktrans等参数 1 套
42 MR弹力成像设备及后处理软件 1 套
43 非门控钙化积分辅助诊断系统 1 套
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便携式睡眠初筛系统的研制
便携式睡眠初筛系统的研制 周洪军,官丽梅,王维明 (沈阳军区联勤部药品仪器检验所,辽宁沈阳110026) [中图分类号]TH789 [文献标识码]B [文章编号]1002—2376(2013)10—0004-01 [摘要]研究一种便携式睡眠初筛系统,能实现完整的多导采集系统,可用于睡眠呼吸暂停/低通气综 合征(OHSAS)的检测和研究。 [关键词]睡眠呼吸暂停/低通气综合征;多导睡眠仪;呼吸事件 睡眠呼吸暂停/低通气综合征(OHSAS)是发 生在睡眠过程中的呼吸障碍疾病。如果睡眠呼吸暂 停综合症患者得不到适当的治疗,会损害全身各重 要脏器的功能,并诱发和加重~系列的病情:高血 压、心衰等心血管疾病,严重者发生猝死;老年痴 呆、记忆力减退、嗜睡等神经系统疾病。 对睡眠呼吸暂停/低通气综合征(OHSAS)的 诊断设备,美国睡眠协会公布的诊断指南,分为标 准的多导睡眠仪(PSG)及便携式睡眠仪,便携式 睡眠仪用于睡眠患者的初筛,能判别睡眠呼吸事件 类型,能反映夜问血氧情况。将有广泛应用的趋势。 2主要功能及实现 2.1便携式初筛仪 生理参数:血氧饱和度(SpO:)、脉搏波、脉 率(PR)、胸腹呼吸、鼻气流、体位、鼾声。具有 浮动隔离功能,生理信号的放大处理电路(滤波 及放大)。 基于实时操作系统的低功耗多生理信号采集系 统,具有大容量文件存储管理(SD卡)。 具有实时时钟及电源管理功能;能与无创呼吸 机进行通信,采集呼吸机参数和控制呼吸机,可实 现治疗时压力滴定。 2.2睡眠事件分析系统 整夜多通道生理参数显示,患者信息管理,日 问嗜睡表(ESS)的管理,整夜睡眠趋势图,整夜 心率趋势、血氧趋势图,具有良好的报告打印功能。 2.3可实现功能: 2.3.1利用心率变异性提取睡眠分期。 2.3.2利用胸腹运动及鼻气流实现气流受限判断。 收稿日期:2013—07—03 4 2.3.3可利用CO 传感器,进行睡眠呼吸暂停/ 低通气的相关性研究。 2.3.4可增加多路肌电信号、多路脑电信号、心电 信号实现完整的多导采集系统,可对睡眠呼吸暂停/ 低通气综合征一些相关性的研究,甚至会有一些原 始陛、原创性的研究。利用此平台,可做其他疾病 信息挖掘的研究,例如:心理疾病、心血管疾病。 3研制方法 3.1搭建便携式初筛检测系统平台。包括采集与 数据分析系统。 3.2建立初步试验方案,采集多路生理参数,结 合呼吸生理特点进行信息挖掘,先攻克对呼吸事件 的判断(国外已有相关文献报道)。可产生便携式 的睡眠初筛系统。 3.3医学方面:在此平台上可扩展,对某些特征 进行分析研究,例如:心率变异性提取睡眠分期, 提高其与金标准(脑电方法)之间的符合度;OS— HAS患者合并其他综合征的生理信息特点。 3.4 工程方面:利用微处理器技术发展,像 ARM9、xScale、DSP的配合使用,未来可能将产 生采集分析一体化的设备。利用SOC、MEMS、人 体躯干网络(BSN)无线网络等新型技术,与其他 设备、传感器配合,可形成较为完善的新的OH— SAS解决方案。 4结论 本系统使用方便,能够实现完整的多导采集系 统,可用于睡眠呼吸暂停/低通气综合征(OH— SAS)的检测和研究,省去了传统PSG所带来的严 重干扰和负荷,随着国内对睡眠疾病的重视及社区 医疗的发展,便携式睡眠初筛仪在此大环境下将有 一些优势。 Medical Equipment Vo1
儿科病房及儿科ICU监护仪
儿科病房及儿科ICU监护仪招标技术参数及要求
一、外观设计及整机结构
1. 采用彩色LED显示屏,显示屏≥10英寸,分辨率800×600,支持8通道波形显示。
2. 可选配触摸屏。
3. 具有突出显示的报警灯,保证任何方向都可观察到报警信息。
4. 采用了国际领先的ASIC芯片技术,完全采用无风扇设计。
5. 标配锂电池,供电时间≥4小时
6. 整机结构紧凑,主机带电池和记录仪重量≤4Kg(含电池)。
二、监测功能
1. 标配可监测心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、脉搏和体温。
2. 适用于新生儿(不含ST段分析)、小儿及成人。
3. 可选配有创血压(IBP)、有创心排量、二氧化碳(CO2)、麻醉气体(AG)、呼吸力学(RM)、双频指数(BIS)等高端监测参数。
三、 心电监测
1. 标配3/5导联,可选配升级至12导联,具有监护、诊断、手术滤波模式,抗手术室电刀、除颤等干扰能力强。
2. 心率测量范围:15~350 bpm。
3. 具备专利认证的ECG多导同步心律失常分析,在部分导联脱落、干扰时仍能准确监测心率;提升心律失常识别准确率。
4. 支持实时连续心律失常分析及ST段分析功能,心律失常分析种类不少于23种。
5. 具备起搏自动分析功能,同时心电附件具备缆线管理功能。
四、 呼吸监测
1. 阻抗法呼吸,呼吸导联自动切换功能,确保呼吸监测精确。
2. 呼吸监测范围:0~150 rpm,窒息报警时间:0~40秒可调。
五、血氧饱和度监测
1. 监测范围:0~100%,可同时显示灌注指数(PI),提供样机展示。
2. 血氧饱和度监测采用专利技术,抗运动干扰和弱灌注干扰能力强,除血氧饱和度数值外,还可以显示PI(血氧灌注指数)。
3. 支持血氧饱和度、无创血压监测同侧测量。
4. 血氧附件为指套血氧探头,防水级别达iPX7(提供验证资料),支持水洗及浸泡。 六、无创血压
1. 测量范围:10~270 mmHg。
一种基于虚拟仪器的生理信号测量系统
2012年第31卷第i期 传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies) 101
一种基于虚拟仪器的生理信号测量系统
宋爱晶,林峰,邓林红
(重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室。 重庆400030)
摘要:针对当前生理信号测量领域中因构建相关检测系统而遇到的一些问题,结合生理信号的频段特 性,设计了一种基于通用计算机的虚拟仪器系统、通过LabVIEW开发环境采用声卡作为采集设备来克服 构建相关检测系统过程中遇到相关问题,其中涉及调幅移频、时分复用和频分复用等原理,从而实现了具
有可靠性高、实用性强的多通道生理信号测量系统。实例实验说明:该系统不仅适用于学科研究,也具有 提供远程医疗服务的性能,具有广阔的应用前景。
关键词:生理信号检测;通用计算机;LabVIEW
中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2012)01-0101--03
Design 0f physiological signal detection system based 0n
● ● ■ ● J J VlrtUaJ lnStrUment
SONG Ai-jing,LIN Feng,DENG Lin-hong
(Key Laboratory of Ministry of Education of Biorheological Science and Technology,
School of Bioengineering,Chongqing University,Chongqing 400030,China)
Abstract:Aiming at some problems in the detecting instrument of physiological signal,a kind of multi—channel detection system based on general computer is designed,replacing the current acquisition card with the computer sound card by the technology of amplitude modulation(AM),time division muhiplexing(TDM),and ̄equency
通信工程毕业设计题目精选 2
通信工程毕业设计题目精选
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38. 模拟量处理为数字量红外语音传输接收系统的设计
