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 - 副本
第
３３卷
第
１期２０１６年
２月生物医学工程学杂志
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ
Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇＶｏｌ．３３
Ｎｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒ
ｙ 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
１０．７５０７／
１００１
－５５１５．２０１６０００４
Ｄｅｓｉ
ｇｎ
ｏｆ
ａ
Ｆｒｏｎｔ
－ｅｎｄ
Ｄｅｖｉｃｅ
ｏｆ
Ｈｅａｒｔ
Ｒａｔｅ
Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔ
ｙ
Ａｎａｌ
ｙｓｉｓ
Ｓ
ｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｐｈｏｔｏ
ｐｌｅｔｈ
ｙｓｍｏ
ｇｒａ
ｐｈ
ｙ
ＳＨＩ
Ｌｅｉ
１
ＳＵＮ
Ｐｅｎ
ｇ２
ＰＡＮＧ
Ｙｕ１
ＬＵＯ
Ｚｈｉ
ｙｏｎ
ｇ１
ＷＡＮＧ
Ｗｅｉ
１
ＷＡＮＧ
Ｙａｎｘｉａｎ
ｇ１
１（
Ｃｈｏｎ
ｇｑｉｎ
ｇ
Ｍｕｎｉｃｉ
ｐａｌ
Ｌｅｖｅｌ
Ｋｅ
ｙ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒ
ｙ
ｏ
ｆ
Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｉｎ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｓｅｎｓｉｎ
ｇ
ａｎｄ
Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎ
ｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，
Ｃｈｏｎ
ｇｑｉｎ
ｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
ｏ
ｆ
Ｐｏｓｔｓ
ａｎｄ
Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，
Ｃｈｏｎ
ｇｑｉｎ
ｇ４０００６５，
Ｃｈｉｎａ）
２（
ＰＬＡ３０９ｔｈ
Ｈｏｓ
ｐｉｔａｌ，
Ｂｅｉ
ｊｉｎ
ｇ１０００９１，
Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｈｅａｒｔ
ｒａｔｅ
ｖａｒｉａｂｉｌｉｔ
ｙ（
ＨＲＶ）
ｉｓ
ｔｈｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｅ
ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ
ｃｈａｎ
ｇｅｓ
ｉｎ
ｔｈｅ
ｈｅａｒｔｂｅａｔ
ｃ
ｙｃｌｅ，
ａｎｄ
ｉｔ
ｉｓ
ｐｒｏｄｕｃｅｄ
ｉｎ
ｔｈｅ
ａｕｔｏｎｏｍｉｃ
ｎｅｒｖｏｕｓ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｓｉｎｕｓ
ｎｏｄｅ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｈｅａｒｔ．Ｔｈｅ
ＨＲＶ
ｉｓ
ａ
ｖａｌｕａｂｌｅ
ｉｎｄｉ
－
ｃａｔｏｒ
ｉｎ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｎ
ｇ
ｔｈｅ
ｓｕｄｄｅｎ
ｃａｒｄｉａｃ
ｄｅａｔｈ
ａｎｄ
ａｒｒｈ
ｙｔｈｍｉｃ
ｅｖｅｎｔｓ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
ａｎａｌ
ｙｓｉｓ
ｏｆ
ＨＲＶ
ｉｓ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ａ
ｍｕｌｔｉ
－
ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏ
ｇｒａｍ（
ＥＣＧ），
ｂｕｔ
ｔｈｅ
ＥＣＧ
ｓｉ
ｇｎａｌ
ａｃ
ｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｉｓ
ｃｏｍ
ｐｌｅｘ，
ｓｏ
ｗｅ
ｈａｖｅ
ｄｅｓｉ
ｇｎｅｄ
ａｎ
ＨＲＶ
ａｎａｌ
ｙｓｉｓ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｐｈｏｔｏ
ｐｌｅｔｈ
ｙｓｍｏ
ｇｒａ
ｐｈ
ｙ（
ＰＰＧ）
．ＰＰＧ
ｓｉ
ｇｎａｌ
ｉｓ
ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ
ｂ
ｙ
ａ
ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ｆｒｏｍ
ｈｕｍａｎ’
ｓ
ｆｉｎ
ｇｅｒ，
ａｎｄ
ｉｔ
ｉｓ
ｓｅｎｔ
ｔｏ
ｔｈｅ
ｔｅｒｍｉｎａｌ
ｖｉａ
ＵＳＢ
－Ｓｅｒｉａｌ
ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ
ｔｅｒｍｉｎａｌ
ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｎｏｔ
ｏｎｌ
ｙ
ｃｏｌｌｅｃｔｓ
ｔｈｅ
ｄａｔａ
ａｎｄ
ｐｌｏｔ
ｗａｖｅｆｏｒｍｓ，
ｂｕｔ
ａｌｓｏ
ｓｔｏｒｅｓ
ｔｈｅ
ｄａｔａ
ｆｏｒ
ｆｕｔｕｒｅ
ＨＲＶ
ａｎａｌ
ｙｓｉｓ．Ｔｈｅ
ｓ
ｙｓｔｅｍ
ｉｓ
ｓｍａｌｌ
ｉｎ
ｓｉｚｅ，
ｌｏｗ
ｉｎ
ｐｏｗｅｒ
ｃｏｎｓｕｍ
ｐｔｉｏｎ，
ａｎｄ
ｅａｓ
ｙ
ｆｏｒ
ｏ
ｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ
ｉｓ
ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｆｏｒ
ｄａｉｌ
ｙ
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ｎｏ
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ｗｈｅｔｈｅｒ
ｉｔ
ｉｓ
ｕｓｅｄ
ａｔ
ｈｏｍｅ
ｏｒ
ｉｎ
ａ
ｈｏｓ
ｐｉｔａｌ．
Ｋｅ
ｙ
ｗｏｒｄｓ：
ｈｅａｒｔ
ｒａｔｅ
ｖａｒｉａｂｉｌｉｔ
ｙ；
ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏ
ｇｒａｍ；
ｐｈｏｔｏ
ｐｌｅｔｈ
ｙｓｍｏ
ｇｒａ
ｐｈ
ｙ；
ｌｏｗ
ｐｏｗｅｒ
ｃｏｎｓｕｍ
ｐｔｉｏｎ
＊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
ｖａｒｉａｂｉｌｉｔ
ｙ，
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（
ｐｈｏｔｏ
ｐｌｅｔｈ
ｙｓｍｏ
ｇｒａ
－
ｐｈ
ｙ，
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，
Ｎｉ
ｊｂｏｅｒ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
基于AFE4490的脉搏血氧仪的设计
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基于AFE4490的脉搏血氧仪的设计
作者：杜武松
来源：《科技风》2017年第14期
DOI：10.19392/ki.16717341.201714214
摘要：以AFE4490集成模拟前端为信号处理，以STM32F103单片机为核心，在液晶屏显示测量结果，通过GPRS模块将数据上传网络，医生和家人可随时通过网络了解测试者的血氧参数情况。
关键词：AFE4490；STM32；GPRS；脉搏血氧仪
一、概述
生命的基本过程就是机体细胞摄入氧排出二氧化碳产生能量的过程，当组织得不到充足的氧，组织的代谢、机能、甚至形态结构都可能发生异常。脉搏血氧仪是一种无创的，可连续监测人体内动脉血氧饱和度的测量仪器，随着人们对健康的日益关注，脉搏血氧仪产品逐步进入家庭。
二、脉搏血氧仪的测量原理
人体的血氧饱和度测量使用光电容积脉搏波描记法，是一种利用皮肤对光的反射或者透射来评价血液含氧量等有关信息的方法。人体脉搏血氧饱和度测量是以朗伯比尔定律和血液中氧合血红蛋白（HbO2）及非氧合血红蛋白（Hb）对红光和红外光吸收特性差异为基础，使用两种不同波长的红光和红外光照射到人体组织上，入射光由于受到皮肤肌肉和血液的吸收而衰减，出射光强度则会减弱，通过测量光线的变化来计算出脉搏血氧饱和度（SPO2）。
脉搏血氧饱和度的计算公式如下：
SPO2 =ABR+CR2，
式中，A、B、C为定标常数，可以由定标试验获得，R为两种波长的光吸收比率，R =
Vredac/VreddcViredac/Vireddc，其中，Vredac为红光交流分量；Vreddc为红光的直流分量；Viredac为红光交流分量；Vireddc为红光的直流分量。设计中选用660nm红光和940nm红外光，因为在此波长组合处，氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收差别较大。
基于BMD101的心率变异性分析系统设计
基于BMD101的心率变异性分析系统设计
嵇晓强;赵春华;宁春玉;张亭亭;谷佳音;田峰
【摘 要】Heart rate variability analysis plays an important role in clinical
application. According to the great size,high power consumption and
expensive of the existed heart rate variability analysis system,a new heart
rate variability analy-sis system was designed based on the highly
integrated ECG signal detection and processing chip BMD101 module. First
of all,human ECG signal was collected and transformed into digital signal
by the BMD101,and then it transmit-ted to computer though the serial
port to the computer. In computer,we preprocessed ECG data and
extracted RR in-terval data firstly, and then analyzed the data in time
domain and frequency domain in order to obtain the parameters of heart
rate variability. The experimental results indicate that the ECG signal
基于组合窗Welch法的心率变异性分析系统设计
基于组合窗Welch法的心率变异性分析系统设计
张杰;肖玲玲;张攀登;项里伟
【期刊名称】《中国医学物理学杂志》
【年(卷),期】2017(034)002
【摘 要】目的:为了改善Hamming窗分辨率低的特性,提出了一种组合窗函数的方法.方法:该窗函数是由Hamming窗和矩形窗按照横向变化因子和纵向变化因子有机组合而成.结果:MATLAB仿真结果表明组合窗的分辨率较Hamming 窗提升12.5％,频谱泄漏也较少,基本达到了在尽量控制频谱泄漏的前提下改善Hamming窗分辨率的目的.在改进窗函数的同时,分别在MSP430和MATLAB平台上使用组合窗的Welch算法,并计算两者之间的误差,结果表明误差均值及方差较小.归一化的功率谱密度图也表明得到的归一化功率密度整体上基本接近.结论:基本上实现了Welch算法的MSP430平台上的移植.
【总页数】5页(P194-198)
【作 者】张杰;肖玲玲;张攀登;项里伟
【作者单位】江西理工大学信息工程学院,江西赣州341000;江西理工大学信息工程学院,江西赣州341000;中国科学院/深圳先进技术研究院工程与科学计算研究室,广东深圳518055;江西理工大学信息工程学院,江西赣州341000
【正文语种】中 文
【中图分类】R318.03;Q4-33
【相关文献】 1.基于Welch法功率谱和广义回归神经网络的禽蛋裂纹辨识 [J], 丁天华;卢伟;张超;杜健健;丁为民;赵贤林
2.基于Welch法的右侧脑区静息脑电信号的频域相干性分析 [J], 周阳;周宇
3.基于有限长序列分析的Welch法谱估计研究 [J], 沈志远;王黎明;陈方林
4.基于Matlab的Welch法功率谱估计 [J], 刘嵩;罗敏
5.基于Welch法的潜艇磁场频域信号特征分析 [J], 吴芳;吴铭;林义杰
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智能手环系统的设计与实现
龙源期刊网
智能手环系统的设计与实现
作者：马旭平 蔡嘉豪 阴昱为 丁尚甦
来源：《电脑知识与技术》2016年第36期
摘要：如今，健康及智能医疗是社会关注的热点问题。对此，该文提出了一种智能手环系统的设计与实现，主要用于检测心率与运动量。首先，介绍了手环用到的主要技术，包括光电容积脉搏波描记法与加速度监测技术；然后，介绍手环、手机客户端以及后台服务器三个方面的设计，包括硬件设计、数据的传输与处理以及后台数据库的设计；最后，通过一个设计实例来说明该系统的可行性。在此基础上对该方案做了总结，指出了系统的未来发展方向。
关键词：智能手环系统；光电容积脉搏波描记法；智能医疗
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0098-05
Design and Implementation of Smart Band System
MA Xu-ping， CAI Jia-hao， YIN Yu-wei， DING Shang-su
（School of Computer Science， Beijing Information Science and Technology University，
Beijing 100101， China）
Abstract： Nowadays， health and intelligent medical are hotspot of the society. According to
this， here puts forward a design and implementation of smart band system， focus on measuring the
heart rate and the sports situation. The first part is about the main technics which are used， including
基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量
３１卷４期 ２０１２年８月 中 国 生 物 医 学 工 程学报 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１２
基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量
李章俊 王 成 朱 浩 金 凡 马俊领
（上海理工大学医疗器械与食品学院，上海 ２０００９３）
摘要：为了摆脱传统血压计充气袖带的束缚、实现长期连续的血压监测，很多学者开展了基于ＰＰＧ实现无创、连 续血压监测的研究。阐述基于光电容积脉搏波描记法（ＰＰＧ）实现无创、连续血压测量的基本原理。将当前基于 ＰＰＧ无创血压监测的研究分为３类，分别为心电（ＥＣＧ）与ＰＰＧ结合的血压测量技术、两路ＰＰＧ结合的血压测量技 术、脉搏波特征参数血压测量技术，分析这３类技术的基本测量原理、测量精度及其优缺点。在此基础上，论述基 于ＰＰＧ实现无创、连续监测血压的发展方向。
关键词：血压；光电容积脉搏波描记法；无创 中图分类号Ｒ３１８ 文献标志码Ａ 文章编号０２５８—８０２１（２０１２）０４￣６０７—０８
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｎｏｎ－Ｉｎｖａｓｉｖｅ ａｎｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ
Ｌ１ Ｚｈａｎｇ—Ｊｕｎ ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ ＺＨＵ Ｈａｏ ＪＩＮ Ｆａｎ ＭＡ Ｊｕｎ—Ｌｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ＆Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ａｔｔｅｍｐｔ ｔｏ ｇｅｔｔｉｎｇ ｒｉｄ ｏｆ ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ ｃｕｆｆ ａ．ｎｄ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈｏｔ０ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＰＧ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＰＧ ｗａｒｅ ｃｌａａｓｉ ｆｌｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈ（ＥＣＧ）ａｎｄ ＰＰＧ，ｔｗｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ ＰＰＧ，ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ，ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ａｎｄ
健康人心率变异时域法正常值分析
健康人心率变异时域法正常值分析
唐海沁;张良洁
【期刊名称】《心电学杂志》
【年(卷),期】1998(017)001
【摘 要】为了解国人心率变异（ＨＲＶ）时域法指示正常值，检测１５２４例１７－９４岁健康人２４ｈ动态心电图，分析ＨＲＶ时域法５项指标，结果显示：（１）ＳＤＮＮ，ＳＤＡＮＮ，ＳＤＮＮＩｎｄｅｘ，ｒＭＳＳＤ和ＰＮＮ５０均值分别为１２７±３３，１１６±３２，４９±１４，２９±１２（ｍｓ）和８±９％与国内研究一致。（２）ＨＲＶ时域法各指标随年龄增加而降低（ｒ＝－０．３０－０．４８，Ｐ〈０．０１），中青年组与老年组ＨＲ
【总页数】3页(P2-4)
【作 者】唐海沁;张良洁
【作者单位】安徽医科大学第一附属医院内科;安徽医科大学第一附属医院内科
【正文语种】中 文
【中图分类】R540.41
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1.疲劳型亚健康人群的心率变异性结果分析 [J], 黄丽玲;谢先明;李烈炎;王晓云
2.自主呼吸状态下光电容积脉搏波法对健康人群心率变异性的分析 [J], 丁有得; 刘洋; 王倩; 佘锦雄; 巩萍萍
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4.高原世居藏族健康成人心率及心率变异性分析 [J], 于伊;柳茵;栗淑兰;毛辉青;李琳;樊世明;梅峰;刘连军;严鹏仲;任明;马艳梅
5.不同针刺方法对健康人心率和心率变异性的生理调节作用分析 [J], 熊晓玲;冯娅妮;牟彩莹
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一种低功耗高精度光电容积脉搏波测量仪的设计与实现
109EXCHANGE OF EXPERIENCE 经验交流
一、前言
心脏作为人体重要的器官，搏动情况通过动脉和血液传
至远端的桡动脉，这其中带着丰富的生理状况信息，这些信
息的重要体现之一便是脉搏[1]。目前脉搏测量最常用的是光
电容积脉搏波（Photoplethysmography,PPG）监测法，其原理
是利用血红蛋白在结合不同浓度氧气时会导致血液对光的吸
收系数不同，从而通过检测光强度变化来探测血氧饱和度及
心率等人体健康指标[2]。PPG测量有透射式和反射式两种，
透射式脉搏血氧仪探头由于可靠性而在临床中广泛应用。研
究表明在透射式测量中指夹式血氧探头平均偏差和准确度分
别-2.30%和3.80%优于指套式。
二、硬件设计
为从硬件上解决指夹式血氧探头传感器采集人体脉搏波
信号时的传感器功耗问题，我们优化了图1所示LED驱动电
路和模拟调理电路设计，包括四个大部分：供电部分、通信
部分、处理器部分和模拟信号调理部分。
供电部分：为降低设备复杂程度，直接从USB数据口
取5V电源，部分运算放大器需要满足信号输入和输出的要
求采用8V供电，通过电路将电压升高，其它运算放大器采
用5V供电，处理器和通信部分根据数据手册要求采用3.3V
供电，ADC以及DAC的参考基准电源采用高精度低温度漂
移50ppm/℃以及低噪声的2.5V串联型电压基准供电。
通信部分：采用FT232RL高速高可靠性USB转UART
芯片，最快支持3M波特率。本文实验数据每2ms上传一次，
包含数据头2个字节和7个字节数据，共9个字节，每秒要
求的最低通信速率为4500字节每秒，根据UART通信协议
规定每字节需有一个起始位和一个停止位，因此最低通信速
率要保证大于45000比特每秒，本文采用115200比特每秒
作为通信速率。
处理器部分：采用STM32F407ZET6作为处理器，本文
用到的处理器内部资源有：内置分辨率12位模拟数字转换
器（ADC）、内置分辨率10位的数模转换器（DAC）以及通信速率115200Bps的串口等。处理器采用最小系统，外部
光电容积脉搏波描记法原理及其在临床上的应用
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(PhotoPlethysmoGraphyPPG)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
1. 皮肤与血液光学性质的研究
PPG是一种利用皮肤对光的反射或透射来评价皮肤血流灌注有关信息的方法为了深入了解PPG的信息实质就需要有关于皮肤与血液光学性质的知识
纽扣式无线心率监测系统设计
纽扣式无线心率监测系统设计
华晨惠;王晓飞;邵海明;丁军浩;卢恺
【摘 要】设计了一种纽扣式无线心率监测系统,该系统采用光电容积法(PPG)设计了一款纽扣式传感器实现对心率信号的采集和预处理,利用微处理器Atmega 328进行ADC和心率计算,通过蓝牙将处理后的数据上传给基于LabVIEW设计的心率监测软件,实现对心率信号长时间实时的监测.对5名受测人员分别使用心率监测系统和人工方法进行多次重复性心率测试,心率监测系统的误差小于2％.结果表明,该系统性能稳定,实现了语音提示、语音报警、数据库建立、海量数据存储等功能.
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2017(036)001
【总页数】4页(P65-68)
【关键词】纽扣式传感器;心率监测;蓝牙;LabVIEW
【作 者】华晨惠;王晓飞;邵海明;丁军浩;卢恺
【作者单位】北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京100192;中国计量科学研究院电磁所,北京100013;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京100192
【正文语种】中 文
【中图分类】R318 心血管疾病现为全球威胁人类健康和生命的主要疾病之一，也是中国人死亡的重要原因之一，因此其早期的发现和诊断有着非常重要的意义[1]。心率是目前评估心血管疾病的主要指标之一，若能对其进行长时间的监测和分析，在被监测者刚有心血管疾病倾向时就能得到合理的医生指导，发病之初就能及时给与治疗和抢救，将会降低患病率，减少患者的死亡率[2-3]。
传统的动态心电图仪简称Holter，可以24 h监测心电图，但因其质量、体积以及记录仪和电极间连线的复杂度决定了受检者带上它后会严重影响日常生活，而TI提供的便携式腕部心率计价格高。刘满晋采用三导联方式采集人体运动心电信号，要在胸部和右腿穿戴传感器使用起来很不方便[4];周聪聪等提出腕带式心率测装置在佩戴时会存在传感器位置偏移的状况等[5]。本文设计了一种纽扣式可以长时间无线监测心率，并且给使用者在情况异常时，给予提醒并及时报警的便携式家用心率监测系统。
心率变异性分析系统的开发
心率变异性分析系统的开发
王步青;张政波;王卫东
【期刊名称】《中国医疗器械杂志》
【年(卷),期】2012(000)005
【摘 要】开发了一个心率变异性分析系统。该系统通过检测心率变异性的时域、频域参数，评估了受试者在不同状态下的自主神经系统的交感神经和迷走神经活动性的变化，为与心率变异性相关的研究提供了分析工具。
【总页数】5页(P333-337)
【作 者】王步青;张政波;王卫东
【作者单位】解放军总医院医学工程保障中心,北京市,100853;解放军总医院医学工程保障中心,北京市,100853;解放军总医院医学工程保障中心,北京市,100853
【正文语种】中 文
【中图分类】R540.4+1
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