学术讨论—nm波长处-血红蛋白的光吸收率比较低-那么反射光强.docx
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1、光电式脉搏波无线测量系统东南大学 王晨迪, 王衡,朱文琦 东南大学生物科学与医学工程学院,江苏省 南京市 210096指导教师:汪丰 副教授摘 要:本工程研制的光电式脉搏波无线测量系统包括脉搏波测量模块,无线收发模块和计算机分析处理软件三大局部。结合光电容积法的特点,充分利用了TI公司OPT101等芯片的特性,设计高通、低通、工频陷波器对输出信号进行处理;使用集成了模数转换的CC2430单片机芯片完成检测心率、无线通信等功能;计算机分析软件通过USB接口与无线接收模块交换数据,接收脉搏波信号,可动态实时观察脉搏波数据,并进行分析处理,通过本文提出的基于小波变换的阈值去噪改良算法,快速有效地别离
2、脉搏波信号和噪声;依靠智能分析算法辅助医生进行各波段特征提取、进行节律异常,血管弹性和血液粘性等快速诊断,迅速关注异常脉搏波,指导用户了解自身健康状况和帮助医护人员进行下一步医疗措施。关键词:光电脉搏波,传感器,无线传输,小波去噪,智能分析 Abstract: The photoelectric pulse wave wireless measurement system developed in this project includes pulse wave measurement module, wireless transceiver modules, and computer ana
3、lysis software. Combined with the characteristics of photoelectric volume method, we have made full use of the OPT101 and other chips from TI company designing high-pass, low pass, power frequency notch filter to process the output signals; By the use of the integration of the analog-digital convers
4、ion of the CC2430 microcontroller chip, the heart rate detection, wireless communications and other functions have been accomplished; computer analysis software can exchange data with the wireless receiver module via USB interface to receive the pulse wave signal and fulfill dynamic real-time observ
5、ation of pulse wave data and analyzed treatment. Using the proposed threshold denoising Algorithm based on wavelet transform, the pulse wave signal and noise can be separated quickly and effectively; the intelligence analysis algorithms can assist doctors with feature extraction, and rhythm abnormal
6、ities, blood vessel elasticity and blood viscosity and other rapid diagnosis and pay attention to abnormal pulse wave promptly, guiding the user to understand their own health status and help medical staff medical measures on the next step.Key Words: Photoelectric pulse wave, sensors, wireless trans
7、mission, wavelet denoising, intelligent analysis一、引 言作者简介:王晨迪1988-,女,福建福州人,学生,本科,生物信号处理;王衡1987-,男,山东淄博人,学生,本科,生物信号处理;朱文琦1987-,女,江苏常州人,学生,本科,生物信号处理;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。光电脉搏波检测法能避开强烈的电磁干扰,具有很高的绝缘性,做到无创伤、稳定、尽可能少的不适应感和无过敏反响1。目前已有多种测量脉搏等身体特征的仪器,但由于现有仪器都太大,随身携带不方便,无法进行长期监测
8、。因此,研制无线人体脉搏测量装置具有重要的实用意义,其优势在于:操作简单,携带方便,脉搏数据可无线输送到数据接收终端,并通过USB接口与计算机相连,适合长期监护和数据分析。光电脉搏波的测量原理2为:根据朗伯比尔(Lamber Beer) 定律,物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的,在人体指尖,组织中的动脉成分含量高,而且指尖厚度相对其他人体组织而言比拟薄,透过手指后检测到的光强相对较大,因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。手指
9、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由动脉血的充盈而引起的,那么在恒定波长的光源的照射下,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。二、测量系统总体结构 整个系统具体包括脉搏波测量模块,单片机主控模块和计算机分析处理软件三大局部。1脉搏波测量模块完成脉搏波信号的拾取、放大、滤波,检测电路中的前置放大器将光电传感器的检测信号适当放大后,送工频陷波器陷波,以防止可能出现的过强工频干扰阻塞系统放大通道。主放大器和末级放大器将信号放大,并经过滤波处理
10、滤除基线漂移和运动伪迹等。2单片机主控模块包含用户端和效劳器端两个子模块。前者将脉搏信号进行模数转换,通过单片机计算心率参数,并将原始信号通过无线方式传送给效劳器端模块。后者通过USB口与计算机连接并交换数据。系统采样率为200Hz,无线数据传输速率为19.2kbps。本模块将采用TI公司CC2430芯片。3计算机分析处理软件。软件通过USB接口与无线接收模块交换数据,接收脉搏波信号,可动态实时观察脉搏波数据,并对数据进行分析处理;研究并实现从脉搏波信号中检测心率;可保存测量的脉搏波信号,并离线观察和分析信号。工作流程如下:佩戴适合的光电检测装置,opt101发出一定波长红外波,传感器感受由脉
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