指端容积脉搏波检测
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. . 文章.
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 . .
. . 文章. 一、基本情况
研究生 王东明 学 号 S200915049
院、系 生命科学与生物工程学院 指导教师及职称 松 副研究员
益民 助理研究员
学科、专业 生物医学工程 入学年月 2009年9月
1、 研究方向、论文选题围：
血流动力学的无创检测
2、 拟定论文题目：
基于嵌入式血液粘度无创检测系统的设计
3、 论文科研课题属于哪一级科研项目，经费来源及金额（课题来源选项分为国家计委、科委项目、国家经贸委项目、国家自然科学基金项目、国务院其他部门项目、主管部门（部委级）项目、省、市、自治区项目、国际合作项目、学校级项目、自选项目、其它）：
自选项目
4、 论文类型（基础研究、应用研究、开发研究、其它）
应用研究
摘
要 选题研究容和意义简介（限400字）：
人体的脉搏波中蕴含着大量的心血管信息，血流动力学参数的变化与脉搏波波形特征紧密相关，血流动力学参数能直接反映心血管系统功能的状态，对心脏功能做出较为全面的评价。血液粘度是重要的心血管功能参数，目前临床三高疾病（高脂血症, 高血压病, 糖尿病）的病理基础都与血液粘度增高的血液流变学的异常改变有关。血液粘度升高导致血流缓慢, 微循环功能发生障碍,
组织器官缺血缺氧, 最终导致心脑血管等循环系统疾患，因此血液粘度的测定是诊治这类疾病的重要依据。通过采集到的指脉脉搏波来获取粘度等心血管血流动力学参数，在心血管疾病、妊娠期疾病的检查、治疗和康复评价上都具有十分重要的作用，特别是嵌入式、便携式的系统设计使得系统在运动健身领域、家庭医疗方面也具有广阔的运用前景。
当今的血液粘度无创检测产品主要是通过脉搏波检测来计算血液粘度值，以往的脉搏波波形采集和分析需要人为的干预，在采集过程中人为的判波、选波和停止采集，自动化程度低，且操作繁琐易引入人为因素的影响。目前市场上的脉搏波检测设备受主控芯片运算速度的限制，下位机采集的数据需送PC机进行计算，隔离了系统的整体性。本课题采用DSP嵌入式的设计，系统集波形采集、自动判波、参数计算和结果显示功能于一体，提高了检测的速度，降低了操作的复杂程度，准确的测得被测者的心血管血流参数，电源管理模块化的设计降低了系统的功耗、延长了系统的待机时间。本课题的设计意义是为心血管疾病检查和治疗提供科学合理的血流动力学评价参数，提供一种便携式的血液粘度检测手段，在临床和家庭保健领域提供客观的诊断意见和监测技术。
关键词（用分号隔开、最多5个） 血液粘度；血流动力学；嵌入式；电源管理；家庭医疗 . .
. . 文章. 二、报告正文
课题背景及研究意义
人体脉搏波中蕴藏着丰富的生理病理信息，历来作为临床诊断和治疗的依据，大量的临床实测结果证实，脉搏波的特征与心血管疾病有着密切的关系。脉搏波所表现出来的形态（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[1]-[3]。血液粘度是临床上诊断心血管疾病的重要指标，心血管疾病、微循环疾病以及许多常见疾病都与血液粘度的变化有着显著的关系。因此，对血液粘度的监测不仅可以及时预测疾病，而且在疾病的诊治和康复评价方面也是十分重要的技术手段。
目前的血液粘度等血流动力学检测技术分为有创和无创两种：有创方式需要人工采血，操作复杂且容易交叉感染，一般病人难于接受。且受到检测方式的限制也不能实现连续、动态的监测血液粘度等血流动力学功能参数的变化。无创方式主要是通过生物力学建模或脉搏波的方式来对粘度进行检测，可实现连续、动态的检测。生物力学建模的假设条件多且检测个体差异性大，检测结果准确度有限。脉搏波分析技术通过将检测的波形参数与临床数据进行统计学分析，通过波形参数计算出血液粘度的值。经临床验证，两者具有很强的统计学意义，准确率较高。
随着数字信号处理技术和嵌入式的系统设计的发展，低功耗、智能化、自动化程度高的检测仪器越来越受到人们的青睐。以往的脉搏波检测设备自动化程度低、操作复杂，易受外界人为因素的影响。
通过嵌入式的心血管功能无创检测系统的研究，实现脉搏波自动采集、自动判波、自动分析、自动将脉搏波波形参数转化为相应粘度值，减少人为的干预，提高检测速度，降低系统操作的复杂程度，快速、方便、准确的测得血液粘度相关的心功能血流动力学参数。该系统能为临床心血管疾病发病前的检查和治疗效果的评价提供直观的检测手段，检测结果的显示和参数变化趋势图可以更直接的显示被测者的心血管功能状态。被测者只需把手指放在光电传感器上，系统便可自动完成波形采集、波形处理、自动判波和计算并显示检测结果和粘度相关参数的变化趋势图，测量方便快捷，对操作人员的要求低，便于系统在家庭保健领域的推广。
该课题是在本实验室20年来血流动力学理论基础研究和检测仪器设计经验上吸收和改进电路设计、脉搏波波形采集控制以及PC机软件，得到一个完整的脉搏波自动采集分析系统，通过DSP对脉搏波波形特征参数的提取计算出血液粘度相关的血流动力学参数。系统要能自动调节基线、自动识别手指插入状态、电路工作状态、电池电量状态监测以及智能化电源管理、实现自动判波、波形参数的自动提取与粘度相关算法的计算、监测结果的显示和参数变化趋势图的绘制。系统集波形采集、处理、显示于一体，能更好更方便的运用于临床检查以及家庭医疗。
国外研究现状
血液粘度检测手段主要有有创方式和无创方式：有创方式它具有准确度高，但不能长时间连续、动态的监测血液粘度的变化，容易引起病人的感染，对身体有损伤具有很大的局限性；今年来无创方式通过模型分析和统计分析的方法原理，已经取得了突破性的进展，准确度已经达到了一定水准，且无创检测方式能实时、方便、快捷、连续的监测人体血液粘度的动态变化，能为临床和家庭医疗保健提供血液粘度的检测技术和评价手段。
脉搏波波形特征与血液粘度具有很好的相关性，实验室通过20年来从事血流动力学理论研究，在脉搏波和血液粘度相关性方面积累了大量的研究成果和经验，通过临床验证血液粘度与脉搏波波形系数具有良好的统计学意义，通过对波形特征系数的提取来计算粘度具有很好的准确度。利用脉搏波波形提取的脉搏波波形特征参数还能计算十几项血流动力学的功能参数，检测结果经过统计学实验对比，具有较好的相关性。检测得到的参数能够较为全面的反映人体心血管的功能，而且检测方法具有实时、无创、. .
. . 文章. 快速、便捷等特点[5]~[7]。
目前的脉搏波检测技术操作复杂，波形采集需要人为的干预，需操作者通过观察采集的脉搏波波形来判断波形的有效性，人为的选波并停止波形采集来计算心血管功能参数，自动化程度低，对操作者有一定技术要求，易引入人为影响，同时造成脉搏波的重复性差[8]~[9]。系统集成度低，一个完整的系统被分离成上位机和下位机两部分，携带不便且成本高。而且系统的电源设计没有统一的管理，电源消耗高不适宜用于家庭医疗保健领域和便携式医疗。随着MCU价格的降低和嵌入式技术的发展，嵌入式的设计越来越多应用于医疗电子行业，嵌入式的高运行速度和控制能力使得检测设备功能越来越体现实时性要求。
目前的无创血液粘度检测，准确率低、检测结果参数单一，没有诸如血液粘度、外周阻力等重要的血流动力学临床参数，缺乏相应的临床评价参数，价格昂贵且没有电源管理的功能，使得该产品很难应用到家庭医疗和户外监护。
本论文创造性的将脉搏波与血液粘度结合起来，通过临床数据分析找到脉搏波与血液粘度的关系，计算粘度值。在检测电路和软件设计方面针对上述的缺点，本课题在实验室已有的研究基础上进一步改进电路和软件，采用嵌入式的电路设计，减小干扰、降低功耗、提高了系统采集的智能化和自动化，设计出体积小、自动化程度高、功耗低、便携式的嵌入式心血管功能无创检测系统。实现波形的自动识别、自动判定、自动分析、自动显示检测结果，实现数据采集、处理、显示的自动化。血液粘度参数变化趋势图可以直观的查看被测者的心血管功能状态，为心血管患者提供有效的监测技术手段和科学的指导意见，为指脉的科学研究提供支持。
选题的研究容、研究目标
本课题在实验室原有的研究基础之上，结合血流动力学的无创检测技术以及数字信号处理技术，重新设计和改进脉搏波检测系统的硬件电路（包括传感器部分和控制处理部分），并重新设计制作了传感器电路、嵌入式系统以及电源管理、液晶显示等外围电路。系统软件设计了相应的数字信号处理和采集控制程序及配套的PC端应用软件[11]，在硬件电路上实现脉搏波波形的自动采集、自动识别并判定、自动分析和显示。使其满足如下功能及性能要求：
功能要求：
1） 光电传感器的设计，信号能在传感器中做初步的处理后通过串口送DSP处理单元：通过前端的光电传感器将人体手指随心脏收缩和舒引起的血液容积变化转化为电信号，通过电路的放大送C8051F330单片机做初步的信号预处理（信号滤波和脉搏波基线调节）。
2） 可检测传感器电路工作是否正常：通过采样传感器电路的电压信号对传感器的工作状态进行判定。
近红外动脉血液检测中压力对脉搏波的影响
２０１０年第２９卷第ｌｌ期 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ６７
近红外动脉血液检测中压力对脉搏波的影响
王焱，杨威，许轶
（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛１２５１０５）
摘要：近红外血液检测技术中，透射式光电容积脉搏传感器具有携带有效信息量大的优点，可为动态光 谱检测理论提供有效采样数据，但实际应用受到个体差异性的限制。为了克服不同手指端厚度给传感器 带来的检测难题，分析了检测结果中压力与直流分量及交流分量之间的关系，通过不同厚度的手指测试实 验，指出了存在一个最佳检测区域使得检测到的脉搏波处在最理想状态。 关键词：光电容积脉搏波；压力；动态光谱 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００－９７８７（２０１０）１１－００６７－－０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ
。 ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｂｌｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｉｎ ｕｅａｒ－ｉｎｌｒａｒｅ ＤＩＯＯ ａｅｔｅｃｔ｜ｎｇ
ＷＡＮＧ Ｙａｎ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉ，ＸＵ Ｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ １２５１０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｉｎｇ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｎｅａｒ—ｉｎｆｒａｒｅｄ ｂｌｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｕｌｓｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔａｋｅｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｒｉｃｈ ｐａｙｌｏａｄ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔａ ｔｏ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｂｕｔ ｉｔｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｙ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒ—ｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ＡＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｎｇｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ， ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ａｎ ｏｐｔｉｎｍｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ａｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｄｅａｌ ｓｔａｔｅ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
课程设计 光电脉搏检测电路设计报告
- 1 - 光电脉搏检测电路设计报告
脉搏波的概述
1.脉搏波的定义
脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。
2.脉搏信息
血液在人体内循环流动过程中, 经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响, 同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以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富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息, 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。
3.脉搏测量的意义
脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象, 包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息, 可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势, 如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变, 而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件, 脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量, 血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。
设计目的与意义
❖ 目的
应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路
基于VB的指端脉搏波检测系统的研制
第２９卷第５期 ２００８年 １０月 河南科技大学学报：自然科学版 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ＿２９ ＮＯ．５ Ｏｃｔ． ２００８ 文章编号：１６７２—６８７１（２００８）０５—００９１—０３
基于ＶＢ的指端脉搏波检测系统的研制
郭静玉 ，马龙 ，薛枫 ，李振伟 （１．河南科技大学医学技术与工程学院，河南洛阳４７１００３；２．西安交通大学生命学院，陕西西安７１００４９） 摘要：利用脉搏波中提取的信息来诊断动脉硬化越来越受到重视。针对目前国内脉搏波信息检测中存在的问 题，采用指端容积脉搏波测量法设计了指端脉搏波检测系统，实现了基于指套式红外传感器的脉搏波采集，设 计了对脉搏波信号进行滤波及特征点提取的软件。实验结果表明，该检测系统可以无创采集并描绘人体指端 脉搏波图，能够用硬度指数简单评价血管的动脉硬度程度。 关键词：脉搏波；检测系统；光电容积测量法；动脉硬化 中图分类号：Ｒ３ｌ８．６ 文献标识码：Ａ ０ 前言 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，脉搏波的波形幅度和形态包含了反映心脏和血管 状况的重要生理信息…。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，分析人体 的动脉硬化程度，越来越受到人们的重视。例如脉搏波的传播速度 ，是评价动脉硬化的经典指标，而 脉压的大小也是反映动脉硬化的指标，用脉压指数评价动脉硬化的可行性也在研究当中 。目前，市 场上常见脉象仪所用的主要是接触式力敏传感器，它具有制作方便、力电转换效率较高以及使用形式上 与脉诊相似等优点 ，但也有易受接触部位的力学状态、探测位置的漂移和环境条件变化的影响等缺 陷，而国内动脉硬化诊断仪主要采用超声多普勒效应测定动脉的脉搏波传导速度，以诊断人体深浅动脉 硬化的有无及轻重程度 。 本文研制的指端脉搏波检测系统采用光电法提取指端容积脉搏波，能够无创提取并实时显示指端 脉搏波波形，以数据库的形式存储每位患者的波形数据，设计的软件能够实现波形的处理、存储、回放及 波形分析等功能，并能通过从脉搏波曲线中提取的硬化指数来简单评价动脉硬化程度。 １ 指端脉搏波检测基本原理 光电容积脉搏波测量法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，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，到达光电接收器上的光信号被转换成电信号，它与探头下皮肤血流容积变化相关。 本文研制的指端脉搏波检测系统采用基于指端容积脉搏波测量法的指套式红外传感器，使用时将 探头套在右手食指指尖上，探头另一端的传输线与硬件电路相连，发光二极管发出的光照射到手指上， 被手指组织的血液吸收和衰减后由光电检测器接收，光敏管完成变化的光信号到变化的电信号的转变， 之后将电信号经硬件电路滤波、放大、Ａ／Ｄ转换后由数据采集卡送入计算机，用软件做进一步的滤波处 理及特征提取。 ２ 用硬度指数诊断动脉硬化的原理 动脉老化是缺血性心脏疾病的一个主要危险因素 ，血管老化同样也被认为对末梢压和上肢脉搏 基金项目：河南省教育厅自然科学研究项目（２００７３１０００３） 作者简介：郭静玉（Ｉ９８１一），女，山西晋城人，助教，硕士，主要从事生物医学工程教研工作 收稿日期：
递增负荷功率车运动对肥胖者指端容积血流脉搏波的影响
河北医药２０１０年１月第３２卷第１期Ｈｅｂｅｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１０，Ｖｏｌ ３２ Ｊａｎ Ｎｏ．１
递增负荷功率车运动对肥胖者指端容积血流
脉搏波的影响
崔文丽 高峰安翠平
【摘要】 目的通过指夹式无创血流参数检测仪，准确获取身体成分不同的人群在递增负荷运动中
指端光电容积血流脉搏波（ＰＰＧ）参数变化特征。方法选取心血管功能正常的在校正常体重和肥胖男大
学生各１０例，分别在瑞典产ＭＯＮＡＲＫ８３４Ｅ功率自行车上进行不同方案的递增负荷运动，同时用ＨＣ２１８０
指夹式无创血流参数检测仪采集血管充盈分数（ＶＤＦ）、血管回缩分数（ＶＣＦ）、脉搏波积分指数（ＰＣＩＩ）、血
管回缩期指数（ＶＣＴＩ）和动态心率系数（ＤＨＲ）共５个ＰＰＧ参数，进行统计学分析。结果２组在做不同强
度递增负荷运动时ＰＣＩＩ、ＶＣＦ和ＤＨＲ ３个参数差异有统计学意义（Ｐ＜０．０５）；相同负荷强度（７５Ｗ）运动
时２组ＶＣＦ和ＶＣＴＩ参数差异有统计学意义（Ｐ＜０．０５），相同负荷强度（１ＯＯＷ）运动时２组ＰＣＩＩ参数差异
显著（Ｐ＜０．０５）。结论无创血流参数检测仪可准确判断人体心血管系统在体育运动中的变化。
【关键词】指端容积血流脉搏波参数；动态趋势；肥胖；递增负荷运动 【中图分类号】 Ｒ ５４０．４７ 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】 １００２—７３８６（２０１０）０１—００５７—０３
肥胖最直接、最普遍影响的是人们的心血管功能，严重威
胁人们的生命健康。我国在校学生由于运动引起的心血管意
外，运动猝死等疾病的发病率一直很高¨．２ Ｊ。但目前我们的防
御措施只是借助每年的常规体检项目（安静血压、安静心率和
安静心电图）、体育活动中的自我主观感觉和心率监控，缺乏运
动中对心血管系统的检测。本研究采用北京康普生生物科技
有限公司生产的ＨＣ２１８０指夹式无创血流参数检测仪对人体指
端容积血流脉搏波进行动态描记，准确获取不同体成分在校男
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
脉搏容积波
- 1 - 脉搏容积波
脉搏容积波是一种由来自体表面上多个典型位置的表面体温提取而成的信号。它主要通过判断体表面温度的变化来推断机体血液的循环情况。容积波研究可以帮助医生诊断和监测多种疾病，包括体温失调、心血管疾病、呼吸系统疾病以及炎症等。
在医学成像领域，容积波技术已经被用来估计体温和血流状况，并用于诊断和治疗许多病症。它不仅可以有效地检测体温波动，而且还可以测量收缩压、舒张压和血液流动速率等生理指标，使得医生更方便准确地诊断和判断病情。
容积波技术的优缺点主要体现在噪声水平方面。它的优点是它的精度非常高，但是缺点是它的噪声水平也比较高。为了减少容积波技术中的噪声水平，可以采取一系列措施，包括：使用高质量传感器和校准设备，使用更复杂的数据算法，进行针对性的传感器测试和校准，开发更加高效的传感器，并采用更有效的信号处理算法。
此外，还可以通过更复杂的数据处理方法来提高容积波技术的准确性和稳定性。例如，可以使用机器学习的方法，建立更加有效的模型来识别容积波，也可以使用数据挖掘方法来量化容积波的特征以更好地分析它们。
因此，脉搏容积波技术可以为医生提供很好的支持，帮助它们正确、准确地判断病情，从而为患者提供最佳服务。它不仅可以有效检测体温分布，而且还可以测量血压和血流速率，从而更准确地分析病情早期变化趋势，早日发现和治疗疾病。此外，通过改进数据处理方 - 2 - 法和模型，还可以进一步提高容积波诊断的准确性和稳定性，为患者提供更好的治疗和医疗服务。
光电式指脉搏波心率检测仪实验报告
光电式指脉搏波心率检测仪实验报告
一．实验目的
①掌握光电法脉搏信号检测、心律检测显示原理，电路设计、制作、调试方法；
②初步掌握电子电路读图、分析方法；
③初步掌握电子电路设计、计算方法；
④掌握电子电路连接、焊接、制作、调试技术；
⑤掌握常用电子元器件的辨识、参数、使用注意事项；
⑥初步了解电路的实验板电路制作和PCB板设计制作；
⑦掌握电路制作常用工具及其使用。
二．实验器材
电路板，各种电子元器件，电焊笔，焊锡丝，焊铁架，尖嘴钳，剥线钳，铜丝，镊子，十字螺丝刀，一字螺丝刀等
三．实验原理
人体手指末端微血管随动脉搏动发生容积变化，若用一束光透过指端的血管其输出光强也将随之变化；利用光敏元件可将光信号转换成电信号输出,即可获得指端容积脉搏波信号。
光电传感器根据其接收光的方向又分为反射式和透射式，透射式的光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，从光源发出的光穿过皮肤进入深层组织，除被皮肤、色素、指甲、血液等吸收外，一部分被血液漫反射，其余则透射出来，这种方法可较好地指示心律的时间关系，并可用于脉搏测量，但不利于精确度量容积；反射式的测量原理与透射式的基本相同，所不同的是探测头中的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是漫反射回来的光，此信号可精确地测得血管内容积变化。
四．实验电路图
1.信号检测电路
包括光电转换电路、滤波放大电路、以及滞回比较器电路。如图1。
图1 信号检测电路
1.1光电转换电路
光电转换电路由光电传感器、1R、2R、4R组成，1R的作用是限流，提供光电转换器中发光二极管稳定的正向电流，使发光二极管发出稳定的光，光电三极管受到发光二极管的光照后，产生光电流，2R的作用是分压，4R的作用是将光电转化后的电流变化转化为电压的变化，便于进行进一步处理。
1.2前级放大
由R3、R5、R6以及N1构成同相比例运算放大电路，此时测量N1的输入电压及4R的端电压约为0.1V（该电压因传感器的灵敏度不同稍有变化）。
实验3.10_人体指脉的测量
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实验3.10 人体指脉的测量 第二组成员： 本报告撰写人： 2011.07 2 / 7 一．实验目的 （1）了解脉搏产生的机理和影响因素； （2）学习指脉的测量方法； （3）通过同时测试脉搏和心电信号，分析两者间的参数关系，了解脉搏周期和心电周期之间的关系。 二．实验原理 脉搏就是指浅表动脉的搏动。脉搏是由心脏节律性的收缩和舒张引起主动脉血液的容积和压力发生变化，从而使动脉管壁出现振动而产生的。动脉脉搏可以沿着动脉管壁向外周血管传播，其传播速度远比血流速度快。因此在心动周期中，血液因心脏的活动而产生周期性的变化，外周血管也会出现相应的变化；这种变化可以通过放置在浅表动脉处的传感器感受到，并通过与传感器相连的记录系统记录到，成为脉搏图。正常人的脉搏和心跳是一致的，脉搏听诊是临床诊断的重要手段之一。 由于小动脉和微动脉对血流的阻力很大，故在微动脉段以后脉搏波动大大减弱。到毛细血管，脉搏已基本消失。 本实验通过指脉传感器测试手指端的脉搏。 三．实验用品 Biopac生理信号采集处理系统、指脉传感器、心电导联线、电极、受试者。 四．实验步骤 （1）实验准备 将指脉传感器用尼龙扣裹在右手食指指肚端，指脉传感器导线连接至BIOPAC生理信号采集系统的MP35通道1。心电电极采用标准导联与受试者相连：正（红）、负（百）电极分别与左下肢和右上肢相连，地（黑）电极与右下肢相连；心电电极接线至通道2。运行BIOPAC的Student Lab Program，选择人体指脉和心电测试课程L07-ECG&P-1，输入文件名。 3 / 7 （2）校准 受试者保持放松、安静状态坐在有靠背的手扶椅上，手放在椅子的扶手上，选择“Calibrate”，点击OK，约8秒后，校准自动停止。若能看到清晰的无干扰的心电和指脉图，则表明校准成功，若不满意校准结果，可重新进行校准。 （3）指脉测试 ① 受试者保持放松、安静状态坐在有靠背的手扶椅上，右手（测试手）放在椅子的扶手上，记录信号15秒左右。得到指脉和心电信号。 ② 受试者将右手举过头顶，在安静状态下，记录信号60秒左右。 ③ 松开测试电极和指脉传感器，让受试者做原地蹲起运动，1分钟内完成30个，共做2分钟。运动后立即开始测试，记录信号30秒左右。 五．实验数据 （1）波形