文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B
文章編號： 0258-7998(2011)10-0070-03
在心臟的驅(qū)動下血液在人體血管中流動而形成脈搏,，所以它不僅受到心臟狀況的影響,同時要受到其他內(nèi)臟參數(shù)的影響，因此,，脈搏信息能反映人體內(nèi)臟器官健康狀況,。中醫(yī)脈診就是通過施以輕重不同的壓力，用其三指通過對腕部橈動脈處被稱之為“寸,、關(guān),、尺”部位的脈搏的感覺來診斷病人內(nèi)部器官的病變和健康狀況的[1]。不同年齡,、不同性別,、不同疾病的人的脈搏波形是不一樣的。這就是中醫(yī)診脈看病的出發(fā)點,。而診脈技巧不是容易掌握的,，不僅需要名醫(yī)的指導(dǎo)傳授更需要長時間的摸索積累。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展,，完全可以借助儀器儀表獲取脈搏信息,，如脈象儀，這種儀器功能強(qiáng)大不僅能精確繪制脈搏波形,，同時能進(jìn)行頻譜分析,，但不論從體積還是價格都無法在家庭使用，因此應(yīng)設(shè)法設(shè)計家用便攜式脈搏測試系統(tǒng),，目前有的便攜式脈搏測試系統(tǒng)只能測脈搏次數(shù),，如歐姆龍電子血壓脈搏測試儀，有的用的是采集終端,，數(shù)據(jù)處理,、繪圖均由基于PC機(jī)的LabVIEW完成[2]，不夠方便,。也有的脈搏測試系統(tǒng)是基于單片機(jī)的,，由于本身位數(shù)的限制其速度和精度都不高[3-4]。國外對脈搏信息的提取也做了很多研究[5-7],，但大多數(shù)仍復(fù)雜不夠方便,。本文用32位的ARM微控制器設(shè)計并實現(xiàn)便攜式家用脈搏波形測試系統(tǒng)，在液晶屏上直接顯示脈搏波形,，不僅速度快,、精度高而且脫離PC，方便實用,。
1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
脈搏波形測量系統(tǒng)由脈搏傳感器,、放大電路、低通濾波器,、A/D轉(zhuǎn)換器,、微控制器及觸摸,、顯示電路構(gòu)成。其系統(tǒng)的框架如圖1所示,。
脈搏傳感器采用PT14M3，這是一款高靈敏度全橋生理壓力傳感器,，它采用雙島微機(jī)械結(jié)構(gòu),橋阻為2.5~5.0 kΩ,。與一般的壓電式傳感器相比，PT14M3的低頻響應(yīng)好(直流到200 Ｈｚ),輸出阻抗低,抗干擾能力強(qiáng),。其測壓端直徑8 ｍｍ左右,，可模擬手指感測脈搏，4個壓敏電阻構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu),，在外加壓力下,電橋失衡輸出不為零,且壓力在較小范圍內(nèi)時,輸出電壓與壓力成正比[2],。
PT14M3的輸出是一個典型的微弱的差分信號，由于存在皮膚的靜噪信號,、50 Hz的工頻干擾等干擾信號,，所以有用的差分信號容易被干擾信號淹沒，如果在此應(yīng)用中使用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器,，則不僅放大差分模擬信號,，同時放大任何DC信號、噪聲及其他的共模電壓,，最終即使最好的運(yùn)算放大器也不能有效提取微弱信號,。如果利用運(yùn)算放大器構(gòu)成二級差分放大電路其匹配電阻要求十分苛刻，否則仍無法提取有效信號,。而儀表放大器是一種差分輸入和相對參考點單端輸出的閉環(huán)增益單元,具有輸入阻抗很高,、輸出阻抗很低、共模抑制比（CMR）高的特征,。
AD8228是ADI公司最新推出的高性能儀表放大器,，具有非常高的增益精度和極低的漂移。由于內(nèi)置增益設(shè)定電阻并經(jīng)過激光微調(diào),，因此該器件的增益精度和增益漂移性能優(yōu)于典型的儀表放大器,。低電壓失調(diào)(最大輸入失調(diào)電壓：50 ?滋V)、低失調(diào)漂移(最大輸入失調(diào)漂移：0.8 μV/℃),、低增益漂移(增益漂移：2 ppm/℃),、高增益精度和高共模抑制比的(100 dB)特點使這款器件特別適合用于醫(yī)療儀器設(shè)備。AD8228具有固定增益10或100,，當(dāng)2,、3引腳斷開增益為10，2,、3引腳短接增益為100[8],，在本方案中利用AD8228作為主放大器且2,、3引腳短接。由于脈搏信號主峰頻率在1 Hz左右,，能量較強(qiáng)的成分也在20 Ｈｚ以下,，所以設(shè)計低通濾波器的上限截止頻率為40 Ｈｚ。為此整個脈搏波形數(shù)據(jù)采集電路圖如圖2所示,。電路輸出接到A/D的輸入端,。
控制板模塊采用深圳優(yōu)龍科技有限公司的YL-E2440核心板，板上采用SAMSUNG高性能ARM920T內(nèi)核處理器S3C2440,，工作頻率為400 MHz,。板上配備有64 MB NAND Flash，64 MB SDRAM,，10M/100M網(wǎng)絡(luò)接口芯片DM9000AEP,，一個復(fù)位小按鍵。通過4條68PIN的連接器引出了電源線,、地線,、數(shù)據(jù)線、地址線,、A/D輸入端,、LCD接口、觸摸屏控制信號等,，便于搭建系統(tǒng)硬件環(huán)境,。
液晶模塊選用SONY公司的TD035STED4(帶四線電阻觸摸屏)，其接口與S3C2440提供的LCD信號完全匹配,。S3C2440提供了nYPON,、YMON、nXPON和XMON直接作為觸摸屏的控制信號,，但不能直接與觸摸屏連接,，這里通過兩個FDC6321場效應(yīng)管驅(qū)動器與觸摸屏連接。輸入信號在經(jīng)過阻容式低通濾器濾除坐標(biāo)信號噪聲后接入S3C2440內(nèi)集成ADC的模擬信號輸入通道AIN5,、AIN7,。圖3為S3C2440與觸摸屏的接口圖。
A/D轉(zhuǎn)換器直接利用S3C2440片上A/D,，集成有采樣保持電路,。分辨率為10位，最大轉(zhuǎn)換速率為500 kS/s,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
應(yīng)用程序分主程序和中斷服務(wù)程序兩部分構(gòu)成,。
在主程序中完成核心板的初始化后開AD中斷，且設(shè)置為等待中斷模式,，在液晶屏上輸出“Start”按鈕,，之后進(jìn)入等待中斷的到來,。
在中斷服務(wù)程序中，把A/D轉(zhuǎn)換模式設(shè)置為XY自動轉(zhuǎn)換模式,，讀取當(dāng)前觸摸點的位置再判斷是否為“Start”按鈕所在位置范圍,，如是則把A/D轉(zhuǎn)換模式設(shè)置為普通轉(zhuǎn)換模式來轉(zhuǎn)換從AIN0(1)通道輸入的脈搏信號。在液晶屏上每幀顯示5 s的脈搏圖形,，每秒鐘脈搏圖形含128個像素點,，為了減小誤差在采集數(shù)據(jù)時每秒鐘采集1 280個樣點，然后每10個樣點值分一組去抖取平均,，所得數(shù)據(jù)進(jìn)行量化、打點畫圖,。系統(tǒng)應(yīng)用軟件的流程圖如圖4所示,。
3 測量結(jié)果及對比分析
利用該測量儀，測量并描記了大量不同人群的脈搏波形,，將得到的脈圖結(jié)合傳統(tǒng)的中醫(yī)理論進(jìn)行分析對比,，都與受試者本人的健康狀況有一定的對應(yīng)性。如圖5所示：channel1是測得并描記的一個18歲男性青年的左關(guān)脈圖,，channel2是測得并描記的一個74歲男性高血壓病老人的左關(guān)脈圖,。對比兩者的脈圖，可明顯看出,，青年人的脈圖跟中醫(yī)理論所述的典型平脈脈圖非常相似,，波形呈三峰，重搏前波,、降中峽,、重搏波非常明顯，脈率,、大小適中,，節(jié)律均勻，是健康的脈象[1],。如圖6所示為中醫(yī)理論所述的典型的平脈脈圖,。觀察老人的脈圖，其特征是端直以長,，如按琴弦,，有長、直,、緊急的特點,。波形呈寬大主波，波峽抬高,。脈形有弦硬的指感,，反映出血管內(nèi)壓力,、管內(nèi)外周阻力、血液粘度等生理參數(shù)的增大,。按中醫(yī)脈象理論,，高血壓，高血脂是弦脈的主病[1],。這也與受試者老人的實際情況完全相符,。
通過對上面測量和描記的脈圖進(jìn)行對比分析可知，這套測量系統(tǒng)能比較精確地測得脈搏波形,，而且測量精度高,、響應(yīng)速度快、功耗低,，且便于操作,。克服了傳統(tǒng)方法獲取人體脈搏波形的不便性及低精度等不利因素,。同時在開發(fā)板上預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口,，使采集處理后的數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程傳輸,這對于遠(yuǎn)程中醫(yī)診斷提供了可能性,所以具有一定的實用性和很好的市場前景。
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