附件五 苏州科技学院天平学院
毕业设计(论文)开题报告
论文题目 接触式脉搏信号检测系统设计
院 (系) 机电工程系 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 吴兆春 学 号 0930117112 指导教师 吴永芝
2013年 3 月 22 日 开题报告填写要求 1．开题报告应在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见后方可进行论文正文写作； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．有关年、月、日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年9月25日”或“2006-09-25”。 1．本课题研究的背景、目的及意义 1.1研究背景 近一二十年来，随着全球人口老龄化进程的加快和发展中国家经济和科技水平的提高、人们生活环境和生活习惯的改变，引起心力衰竭、冠心病、脑梗死、高血压等在内的心血管疾病的发病率逐年提高。因心血管病造成的死亡率和致残里逐年递增。根据世界组织年的报告：心血管疾病是全球范围-导致人类死亡的最主要原因，死于心血管疾病的人数占全球总死亡人数的29%。心血管疾病已经成为我国高死亡率、高致残率、高医疗风险和高医药费用的第一大慢性疾病。心血管疾病成了危害人类健康的头号杀手。因此预防和诊断心血管疾病成为我国医学界面临的首要问题。 从脉搏波中提取人体生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都收到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出来的形态（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，因此对脉搏波的采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。 1.2 脉搏检测技术的发展历史
目前已经有多种方法检测脉搏，摸脉历史最为悠久，方便快捷，但作为一般人，对脉象等的了解不足，这种方法很难检测出被测者的生理信息。随着近代科技的发展，越来越多的技术被应用到脉搏检测上，如脉压测量方法、平面脉搏压力波形测量分析方法、脉搏波传导速度测定方法、超声多普勒方法、核磁共振方法、弹性腔模型方法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器及应变式脉搏传感器等。总的来讲，这些方法有利有弊，各自应用在不同的需求上。近年来，光电检测技术在临床医学应用中发展很快，这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，且可非介入地检测病人各种症状信息。用光电法提取指尖脉搏光信息受到了从事生物医学仪器工作的专家和学者的重视。本系统采用指套式的透射型光电传感器，传感器由发光二极管和光敏二极管组成。发光二极管发出的光透射过手指，经过手指组织的血液吸收和衰减，由光敏二极管接收后，接收信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只需将接收信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。自从1938年一种光电容积脉搏波描记法出现以来，就显现出巨大的吸引力，它操作简单、性能稳定、无创并且适应性强，受到普遍重视。光电容积法测脉搏波是因为血液是一种高度不透明液体，近红外单色光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍。皮肤内的血容积在心脏作用下呈波动性变化，当心脏收缩时外周血容量最多，而心脏舒张时则外周皿容量减小。血容积搏动使组织中血液透光率随之变化。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是由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长光源的照射下，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。当光源和光敏元器件置于被测部位（如手指）的同一侧（或两侧），光源发出的光照射在组织上，经折射、反射（或透射）后被光敏元器件接收。检测系统中将变化量与直流量相互分离，从而得到光电容积脉搏波。
动脉硬化和高血压是引起各类心血管疾病的主要原因，在心血管疾病发病的早期，尽管患者还没有感觉到症状，但是血流、血压、血管弹性、血管阻力和血液黏性等一系列心血管血流参数已经发生了改变。如果能及早检测出这些血流参数的改变，并对血流特性信息进行分析，就有可能在患者还没有自觉症状的情况下诊断出动脉硬化和高血压这两个心血管疾病潜在的危险因素，这对保护广大人民的生命健康具有很重要的意义。已有研究和临床数据表明，脉搏波的波形变化能反映心血管的血流参数的变化。因此根据健康人群和疾病的高发人群进行脉搏波的分析比较，就有可能诊断出心血管疾病患者，并进行有效的干预和治疗。
1.3 研究的目的及意义 心血管系统由心脏、动脉、毛细血管和静脉组成。人的心脏有节律性的舒张和收缩，使得血管中的血液按照一个方向不停的循环流动。心脏的舒张与收缩推动血液沿着血管流动产生了脉搏信号。大量研究发现脉搏波的传播特性与心血管系统中的很多生理数据密切相关。脉搏波是一个天然的信息源，对人体脉搏信息的定量研究具有重要的应用价值。从理论上讲，如果可以定性或定量的研究出脉搏波的传播特性与血液流动规律的关系，就可以通过测量脉搏波来诊断人体心血管参数。脉搏信号是一种常见的生物医学信号,脉搏波信号特征在一定程度上反映了人体心血管生理状态信息。脉搏信号的检测和分析在医学界受到广泛关注和重视,准确有效的脉搏信号检测和分析对人体心血管系统的健康监测和疾病诊断有着重要的临床意义。 脉搏波是一个天然的信息源，对人体脉搏信息的定量研究具有重要的应用价值。从理论上讲，如果可以定性或定量的研究出脉搏波的传播特性与血液流动规律的关系，就可以通过测量脉搏波来诊断人体心血管参数。已有研究和临床数据表明，脉搏波的波形变化能反映心血管的血流参数的变化。脉搏信号是一种常见的生物医学信号,脉搏波信号特征在一定程度上反映了人体心血管生理状态信息,因此根据健康人群和疾病的高发人群进行脉搏波的分析比较，就有可能诊断出心血管疾病患者，并进行有效的干预和治疗。脉搏信号的检测和分析在医学界受到广泛关注和重视,准确有效的脉搏信号检测和分析对人体心血管系统的健康监测和疾病诊断有着重要的临床意义。 2．本课题主要研究内容和预期目标 2.1 研究内容 （1）熟悉多种脉搏传感器，考虑到各种因素并对脉搏传感器做出正确的选择。 其基本功能是将一些物理量转换成易于测量的电信号 （2）脉搏信息采集方案选择 脉搏信息采集的好坏直接影响到后续的数据分析的准确性以及所得到的脉搏波形的效果 （3）采集系统硬件电路的设计（放大电路、带通滤波电路、电压抬升电路、单片机电路） （4）上位机的程序设计 脉搏信号的采集及数据存储和对采集存储的信号进行回放 2.2 预期目标 （1）系统能够简单快速精确的检测到脉搏信号 （2）采集到的脉搏信号能够精确的转换 （3）系统硬件电路简单而实用 3．本课题拟采用的研究方法、步骤 本文设计的脉搏检测系统使用单片机为核心器件，是因为脉搏信号的频率低，用单片机做处理器可以满足系统对速度的要求。本文设计的系统以单片机为下位机，PC机为上位机，将单片机采集的脉搏信号传给PC，通过PC对脉搏信号做相应的处理。系统原理图如图所示： 采集系统主要是由以下部分构成：脉搏传感器、信号调理器电路、A/D转换电路、单片机组成。 （1）脉搏传感器：本系统采用的是一种接触式的无创脉搏传感器。该传感器输出的是模拟信号，能输出完整的脉搏波电压信号，需要做进一步的处理。 (2)信号调理电路：包括放大电路、滤波电路、电压抬升电路。 放大电路：脉搏传感器输出信号的电压范围是：-0.1V~0.6V。需要将信号放大到合适的范围 滤波电路：滤除系统的干扰，包括放大电路的干扰以及工频干扰等，并把信号传到A/D转换器中为下一步做准备。 电压抬升电路：对输入的脉搏信号进行电压抬升。 （3）单片机：用单片机来控制A/D转换器对输入的电压信号进行模拟信号到数字信号的转换，以及设定采样频率、单片机的串口和PC的串口之间的电平转换电路用的MAX232芯片。 系统上电以后，脉搏传感器输出的信号传送至放大电路，经过放大的信号通过高通滤波和低通滤波电路进行滤波；然后进过电影抬升电路后传至A/D转换电路。AD芯片在单片机的控制下。对输入的模拟信号进行模拟转换，同时设定采样频率等一些必要的参数；再把A/D转换后得到的数字信号通过单片机的串口发送到计算机，然后由计算机对信号进行接收并进行相关处理。
信号调理电路 脉搏传感器 人体
AD转换电路 单片机 接口电路 PC 4．本课题主要参考文献 1 朱月秀.单片机原理与应用.科学出版社.2004.2第3版 2 李世馨.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2001.12第1版 3 任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社.1997.5第1版 4 徐瑞庆.脉搏检测系统设计及其信号处理算法研究[D].南京信息工程大学.2008.5 5 HK-2000系列集成化脉搏传感器 6 罗志昌.张松.张益民.脉搏波的工程分析与临床应用[M].北京.科学出版社.2006 7 沙洪.赵舒.王妍等.中医脉象多信息采集系统的研制[J].中华中医药杂志.2007.22（1）：21-24 8 彭荣修.数字电子技术基础.武汉理工大学出版社 9 康华光.陈大钦.数字电子技术第四版.高等教育出版社 10 王耀南.孙炜等编著.智能控制理论及应用.机械工业出版社.2008 11 孙秉毅.于春泉.王巍等.中医脉诊客观化的研究进展[J]河北中医药学报.2003.18（3）：44-45 12 吴国经主编.单片机应用技术.中国电力出版社.2004 13 马忠梅.籍顺心.张凯等编著.单片机的C语言程序设计（第三版）.北京航空航天大学出版社.2003 14 ZHANG Qian. ZHAO Chunhui A morphological filtering approach to removing noise in ECG signal[J].Applied Science and Technology.2002.29(9):9-11