1、毕业设计文献综述 电子信息工程 红外线脉搏监测报警系统 前言 随着市场经济的不断繁荣发展，人们的平均生活水平得到明显的提高，各种心血管疾病的发生率也逐步上升。世界卫生组织指出，与其他疾病相比，心血管疾病每年造成的死亡最多， 2005 年估计有 1750 万人死于心血管疾病，约占全球死亡人数的 30，预计到 2015 年这个数字将达到 2000 万，而且 80以上发生在中低等收入国家 1。目前我国每年有 100 万人死于脑卒中，并且有更多的人致残。特别是在近，中国、日本和新西兰研究人员发现高血压是东方人脑卒中的主要原因 2。追其原因，主要是早期心血管疾病在人身体上面的表现并不明显。所以早期的有效
2、性防御，诊断和治疗方法和设备，以及快速发病之后用到的急救手段都显得非常重要，这些也是目前医学界的专家进行努力研究的重点。本课题研究心率脉搏，通过测量它，可以预知不少心血管疾病的发生，这样就可以尽快诊治，发挥其积极的作用。 主题 研究和查找相关脉搏监测的资料 3，我了解到国内外对心血管疾病的治疗和预防都做了大量的研究，并生产出很多精密的医疗仪器来帮助医生进行心血管疾病的检测与诊断。到目前为止，有以下几种较为成熟的方法： 1) 脉压测量方法 (Pulse Pressure， PP) 4：脉压测量是检测血压的波动性（即收缩压和舒张压之差）。它是患者评估其心血管危险性的重要信号。 2) 平面脉搏压力波
3、形测量分析方法 (Applanation Tonometry， AT) 5,6: 它应用一种铅笔形装置，配有高精度探头，探头有一小的压力敏感区 (0.5mm 1.0mm )，反射频率 2KHz，有一较大平面面积与皮肤接触 (直径 7)，同时通过转换功能(Transfer Function)将外周动脉压力波形转换成主动脉压力波形，并计算增大指数 AI。 AI 能定量反映主动 脉弹性的变化。因此，应用 AT 技术能有助于了解整个动脉系统的总顺应性改变。 3) 脉搏波传导速度测定方法 (Pulse Wave Velocity， PWV) 7,8：通过脉搏波形图与心电图的图形对照或者测在血管两处同一脉
4、搏波的时间距离差来得到脉搏波的传播速度，由此判定血管硬化程度并推导各项心血管系统参数值。 4) 超声多普勒方法（ Ultrasonic Doppler Technology， UDT） 9：利用超声方法测定血管直径在脉搏波动时的变化情况和血管壁的厚度，由此计算各项心血管系统参数值。 5) 核磁共振方法（ Magnetic Resonance Imaging， MRI） 10：应用核磁共振可以在主动脉的不同截面水平观察其在心动周期内血管横截面积的变化，并测定主动脉扩张性，具体计算公式为主动脉扩张性（ AorticDistensibility， AD） =（最大面积最小面积） /（最小面积 p），
5、其中为收缩压与舒张压之差。 6) 弹性腔模型方法（ Elastic Antrum Model， EAM） 11：通过对心血管系统建立改进的弹性腔模型来推导运算公式，得到包括动脉顺应性在内的心血管系统参数值。 总结上面六种方法，他们各自所用 仪器的精确度和造价要求都不相同，提取到的信号也有差别，因此取得的数据有的比较精准，有的粗糙，但是他们都是可以显示出心血管系统中出现的各种方面的问题，这些都是值得去学习借鉴的地方。分析后我们可以发现，在一定基础层面上，他们都是通过在分析脉搏波的形态或者图形，来达到所要检测的目的或是诊断的方向。综合以上，我们得出以脉搏信号为对象的脉压测量、平面压力波测量和脉搏波
6、形图分析技术的性价比较高，实用性较强。所以本次设计的课题主要着重围绕红外采集脉搏信号和信号的分析系统方面。 当前有以下几种心率信号分析的方法有下面几 类 12： 1、时域分析法：重点在分析波幅的高度和脉动时相。 2、频域分析法：观察信号的振幅、相位随频率变化的规律，找出在频域中较明显的部分。 3、模糊识别法：采用模糊数学对脉搏波信号进行识别。 4、速率图识别法：对经微分处理后的脉象图进行识别。 5、数学模型法：对脉搏波建立一定的数学模型从而进行识别。6、自回归法：利用自回归模型 AR 谱提取脉搏信号特征信息的方法。 7、统计分析法：对大量的脉搏信号进行统计分析，从而提取脉象中的有用信息。 8、
7、时频分析法：从时频分析的角度对生物医学信号进行分析，提取特征信息。 时域和 频域分析法较为复杂，而本次课题目的在于测量少量人的脉搏信号，人体脉搏本来就是一种较微弱的信号，正常人脉搏信号在 0-20Hz 的范围，所以我们采集到的信号必须要经过滤波，放大等等加工步骤，所以只需用时频分析法对脉搏信号分析，提取特征信息就可以了。 国外在脉搏信号分析系统中的研究比较早，也相对深入。在 1969 年 Kawai 发现 PVDF 薄膜 (聚偏氟乙烯 )具有明显的压电特性后，进过多年的改进和运用， PVDF薄膜在医疗设备领域运用的较为广泛。下面是一些国外资料 13：美国 LAUB 博士曾研制用于针灸临床新型无
8、创脉波记录仪 ； Sony 公司生产出脉波记录仪，藤田六郎研制出不接触诊脉部位就能测出最大脉波的光电管容积脉诊仪，冈田腾用陶瓷型压力传感器，开发出适合于浮、中、沉各压力等级的元件，并用此传感器描述了脉象对应的脉搏图形；南朝鲜的 PARKYE 也曾研制脉象仪。 国内虽然对脉搏信号监测系统的研究时间没有国外长久，但是随着改革开放引入和吸收西方国家的经验，伴随着医疗设备的提高和进步，在巨人的肩膀上我们也取得了不菲的进步。 资料如下： 1999 年清华大学的金观昌教授等人将 PVDF 薄膜用于多点脉搏波测试系统研制当中 14；武汉大学袁志勇等 人嵌入式脉搏检测与分析系统的研制 15；东南大学杨序等人的
9、脉搏数据采集器的研制 16；武汉大学袁志勇等人嵌入式脉搏检测与分析系统的研制 17；上海中医药大学汤伟昌研制了压力式三探头传感器，以模拟中医寸关尺取脉，并探讨三探头传感器与单探头传感器以及三探头之间信息提取的差别 18。 国内外基于各中研制方法的测量仪器还在不断的进步中，而且其发展空间是巨大的。但一般医院的高级医疗设备所用的价格并不是每户人家所购买的起的，所以这次的研究课题以红外线传感器为基础，旨在以低成本做出心率监测器，相信它会在心血管疾病 的预防等方面发挥自己的积极意义和价值。 总结 综上所述，随着养生的热潮展开，人们对自身健康的关注度逐渐增加，以至于把对抗心血管疾病推到了一个前线位置，那
10、么对于这类疾病的预防就显得非常的重要。此次课题的设计，以红外线传感器采集人体内微薄的心率信号，通过自制的滤波，放大，积分电路传到 AT89C51 芯片最后显示在显示器上 19，再在 PCB版上加以实现其功能。因为对各个电器元件的都选择低成本进行制作，所以希望可以在医疗设备和人们的生活等方面做出一定的贡献。 参考文献 1 J. N. Cohn. It starts in the wall, University of Minnesota Medical School Cardiovascular Division, 1999. 2 王忆勤 , 李福风 , 燕海霞 . 中医四诊信息数字化研究现状评
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