指端容積脈搏波檢測(cè)

北京工業(yè)大學(xué)研究生開(kāi)題報(bào)告學(xué)位級(jí)別：□博士■碩士□工程碩士學(xué)號(hào)：S200915049研究生姓名：王東明指導(dǎo)教師姓名：張松、楊益民專業(yè)名稱：生物醫(yī)學(xué)工程所在學(xué)院：生命科學(xué)與生物工程學(xué)院開(kāi)題報(bào)告時(shí)間：2010年12月06日北京工業(yè)大學(xué)研究生部制表

一、基本情況研究生姓名王東明學(xué)號(hào)S200915049院、系生命科學(xué)與生物工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名及職稱張松副研究員楊益民助理研究員學(xué)科、專業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程入學(xué)年月2009年9月1、研究方向、論文選題范圍：血流動(dòng)力學(xué)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)2、擬定論文題目：基于嵌入式血液粘度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3、論文科研課題屬于哪一級(jí)科研項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)來(lái)源及金額（課題來(lái)源選項(xiàng)分為國(guó)家計(jì)委、科委項(xiàng)目、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)務(wù)院其他部門(mén)項(xiàng)目、主管部門(mén)（部委級(jí)）項(xiàng)目、省、市、自治區(qū)項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目、學(xué)校級(jí)項(xiàng)目、自選項(xiàng)目、其它）：自選項(xiàng)目4、論文類型（基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、開(kāi)發(fā)研究、其它）應(yīng)用研究摘要選題研究?jī)?nèi)容和意義簡(jiǎn)介（限400字）：人體的脈搏波中蘊(yùn)含著大量的心血管信息，血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與脈搏波波形特征緊密相關(guān)，血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)能直接反映心血管系統(tǒng)功能的狀態(tài)，對(duì)心臟功能做出較為全面的評(píng)價(jià)。血液粘度是重要的心血管功能參數(shù)，目前臨床三高疾病（高脂血癥高血壓病，糖尿病）的病理基礎(chǔ)都與血液粘度增高的血液流變學(xué)的異常改變有關(guān)。血液粘度升高導(dǎo)致血流緩慢，微循環(huán)功能發(fā)生障礙，組織器官缺血缺氧，最終導(dǎo)致心腦血管等循環(huán)系統(tǒng)疾患，因此血液粘度的測(cè)定是診治這類疾病的重要依據(jù)。通過(guò)采集到的指脈脈搏波來(lái)獲取粘度等心血管血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，在心血管疾病、妊娠期疾病的檢查、治療和康復(fù)評(píng)價(jià)上都具有十分重要的作用，特別是嵌入式、便攜式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)健身領(lǐng)域、家庭醫(yī)療方面也具有廣闊的運(yùn)用前景。當(dāng)今的血液粘度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)產(chǎn)品主要是通過(guò)脈搏波檢測(cè)來(lái)計(jì)算血液粘度值，以往的脈搏波波形采集和分析需要人為的干預(yù)，在采集過(guò)程中人為的判波、選波和停止采集，自動(dòng)化程度低，且操作繁瑣易引入人為因素的影響。目前市場(chǎng)上的脈搏波檢測(cè)設(shè)備受主控芯片運(yùn)算速度的限制，下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)需送PC機(jī)進(jìn)行計(jì)算，隔離了系統(tǒng)的整體性。本課題采用DSP嵌入式的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集波形采集、自動(dòng)判波、參數(shù)計(jì)算和結(jié)果顯示功能于一體，提高了檢測(cè)的速度，降低了操作的復(fù)雜程度，準(zhǔn)確的測(cè)得被測(cè)者的心血管血流參數(shù)，電源管理模塊化的設(shè)計(jì)降低了系統(tǒng)的功耗、延長(zhǎng)了系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間。本課題的設(shè)計(jì)意義是為心血管疾病檢查和治療提供科學(xué)合理的血流動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)參數(shù)，提供一種便攜式的血液粘度檢測(cè)手段，在臨床和家庭保健領(lǐng)域提供客觀的診斷意見(jiàn)和監(jiān)測(cè)技術(shù)。關(guān)鍵詞（用分號(hào)隔開(kāi)、最多5個(gè)）血液粘度；血流動(dòng)力學(xué)；嵌入式；電源管理；家庭醫(yī)療二、報(bào)告正文課題背景及研究意義人體脈搏波中蘊(yùn)藏著豐富的生理病理信息，歷來(lái)作為臨床診斷和治療的依據(jù)，大量的臨床實(shí)測(cè)結(jié)果證實(shí)，脈搏波的特征與心血管疾病有著密切的關(guān)系。脈搏波所表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)（波的形狀）強(qiáng)度（波的幅值）、速率（波的速度）與節(jié)律（波的周期）等方面的綜合信息在相當(dāng)程度上反映出人體心血管系統(tǒng)的許多生理和病理特征[1]-[3]血液粘度是臨床上診斷心血管疾病的重要指標(biāo)，心血管疾病、微循環(huán)疾病以及許多常見(jiàn)疾病都與血液粘度的變化有著顯著的關(guān)系。因此，對(duì)血液粘度的監(jiān)測(cè)不僅可以及時(shí)預(yù)測(cè)疾病，而且在疾病的診治和康復(fù)評(píng)價(jià)方面也是十分重要的技術(shù)手段。目前的血液粘度等血流動(dòng)力學(xué)檢測(cè)技術(shù)分為有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)兩種：有創(chuàng)方式需要人工采血，操作復(fù)雜且容易交叉感染，一般病人難于接受。且受到檢測(cè)方式的限制也不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)血液粘度等血流動(dòng)力學(xué)功能參數(shù)的變化。無(wú)創(chuàng)方式主要是通過(guò)生物力學(xué)建模或脈搏波的方式來(lái)對(duì)粘度進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的檢測(cè)。生物力學(xué)建模的假設(shè)條件多且檢測(cè)個(gè)體差異性大，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度有限。脈搏波分析技術(shù)通過(guò)將檢測(cè)的波形參數(shù)與臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，通過(guò)波形參數(shù)計(jì)算出血液粘度的值。經(jīng)臨床驗(yàn)證，兩者具有很強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，準(zhǔn)確率較高。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和嵌入式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，低功耗、智能化、自動(dòng)化程度高的檢測(cè)儀器越來(lái)越受到人們的青睞。以往的脈搏波檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化程度低、操作復(fù)雜，易受外界人為因素的影響。通過(guò)嵌入式的心血管功能無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)脈搏波自動(dòng)采集、自動(dòng)判波、自動(dòng)分析、自動(dòng)將脈搏波波形參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)粘度值，減少人為的干預(yù)，提高檢測(cè)速度，降低系統(tǒng)操作的復(fù)雜程度，快速、方便、準(zhǔn)確的測(cè)得血液粘度相關(guān)的心功能血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。該系統(tǒng)能為臨床心血管疾病發(fā)病前的檢查和治療效果的評(píng)價(jià)提供直觀的檢測(cè)手段，檢測(cè)結(jié)果的顯示和參數(shù)變化趨勢(shì)圖可以更直接的顯示被測(cè)者的心血管功能狀態(tài)。被測(cè)者只需把手指放在光電傳感器上，系統(tǒng)便可自動(dòng)完成波形采集、波形處理、自動(dòng)判波和計(jì)算并顯示檢測(cè)結(jié)果和粘度相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)圖，測(cè)量方便快捷，對(duì)操作人員的要求低，便于系統(tǒng)在家庭保健領(lǐng)域的推廣。該課題是在本實(shí)驗(yàn)室20年來(lái)血流動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)研究和檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)上吸收和改進(jìn)電路設(shè)計(jì)、脈搏波波形采集控制以及PC機(jī)軟件，得到一個(gè)完整的脈搏波自動(dòng)采集分析系統(tǒng)，通過(guò)DSP對(duì)脈搏波波形特征參數(shù)的提取計(jì)算出血液粘度相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。系統(tǒng)要能自動(dòng)調(diào)節(jié)基線、自動(dòng)識(shí)別手指插入狀態(tài)、電路工作狀態(tài)、電池電量狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及智能化電源管理、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判波、波形參數(shù)的自動(dòng)提取與粘度相關(guān)算法的計(jì)算、監(jiān)測(cè)結(jié)果的顯示和參數(shù)變化趨勢(shì)圖的繪制。系統(tǒng)集波形采集、處理、顯示于一體,能更好更方便的運(yùn)用于臨床檢查以及家庭醫(yī)療。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀血液粘度檢測(cè)手段主要有有創(chuàng)方式和無(wú)創(chuàng)方式：有創(chuàng)方式它具有準(zhǔn)確度高，但不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)血液粘度的變化，容易引起病人的感染，對(duì)身體有損傷具有很大的局限性；今年來(lái)無(wú)創(chuàng)方式通過(guò)模型分析和統(tǒng)計(jì)分析的方法原理，已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，準(zhǔn)確度已經(jīng)達(dá)到了一定水準(zhǔn)，且無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方式能實(shí)時(shí)、方便、快捷、連續(xù)的監(jiān)測(cè)人體血液粘度的動(dòng)態(tài)變化，能為臨床和家庭醫(yī)療保健提供血液粘度的檢測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)手段。脈搏波波形特征與血液粘度具有很好的相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)20年來(lái)從事血流動(dòng)力學(xué)理論研究，在脈搏波和血液粘度相關(guān)性方面積累了大量的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)臨床驗(yàn)證血液粘度與脈搏波波形系數(shù)具有良好的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過(guò)對(duì)波形特征系數(shù)的提取來(lái)計(jì)算粘度具有很好的準(zhǔn)確度。利用脈搏波波形提取的脈搏波波形特征參數(shù)還能計(jì)算十幾項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)的功能參數(shù)，檢測(cè)結(jié)果經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，具有較好的相關(guān)性。檢測(cè)得到的參數(shù)能夠較為全面的反映人體心血管的功能，而且檢測(cè)方法具有實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、快速、便捷等特點(diǎn)⑸?⑺。目前的脈搏波檢測(cè)技術(shù)操作復(fù)雜，波形采集需要人為的干預(yù)，需操作者通過(guò)觀察采集的脈搏波波形來(lái)判斷波形的有效性，人為的選波并停止波形采集來(lái)計(jì)算心血管功能參數(shù)，自動(dòng)化程度低，對(duì)操作者有一定技術(shù)要求，易引入人為影響，同時(shí)造成脈搏波的重復(fù)性差［8卜⑼。系統(tǒng)集成度低，一個(gè)完整的系統(tǒng)被分離成上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，攜帶不便且成本高。而且系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)沒(méi)有統(tǒng)一的管理，電源消耗高不適宜用于家庭醫(yī)療保健領(lǐng)域和便攜式醫(yī)療。隨著MCU價(jià)格的降低和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式的設(shè)計(jì)越來(lái)越多應(yīng)用于醫(yī)療電子行業(yè)，嵌入式的高運(yùn)行速度和控制能力使得檢測(cè)設(shè)備功能越來(lái)越體現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求。目前的無(wú)創(chuàng)血液粘度檢測(cè)，準(zhǔn)確率低、檢測(cè)結(jié)果參數(shù)單一，沒(méi)有諸如血液粘度、外周阻力等重要的血流動(dòng)力學(xué)臨床參數(shù)，缺乏相應(yīng)的臨床評(píng)價(jià)參數(shù)，價(jià)格昂貴且沒(méi)有電源管理的功能，使得該產(chǎn)品很難應(yīng)用到家庭醫(yī)療和戶外監(jiān)護(hù)。本論文創(chuàng)造性的將脈搏波與血液粘度結(jié)合起來(lái)，通過(guò)臨床數(shù)據(jù)分析找到脈搏波與血液粘度的關(guān)系，計(jì)算粘度值。在檢測(cè)電路和軟件設(shè)計(jì)方面針對(duì)上述的缺點(diǎn)，本課題在實(shí)驗(yàn)室已有的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)電路和軟件，采用嵌入式的電路設(shè)計(jì)，減小干擾、降低功耗、提高了系統(tǒng)采集的智能化和自動(dòng)化，設(shè)計(jì)出體積小、自動(dòng)化程度高、功耗低、便攜式的嵌入式心血管功能無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)波形的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)判定、自動(dòng)分析、自動(dòng)顯示檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示的自動(dòng)化。血液粘度參數(shù)變化趨勢(shì)圖可以直觀的查看被測(cè)者的心血管功能狀態(tài)，為心血管患者提供有效的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段和科學(xué)的指導(dǎo)意見(jiàn)，為指脈的科學(xué)研究提供支持。選題的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)本課題在實(shí)驗(yàn)室原有的研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合血流動(dòng)力學(xué)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路（包括傳感器部分和控制處理部分），并重新設(shè)計(jì)制作了傳感器電路、嵌入式系統(tǒng)以及電源管理、液晶顯示等外圍電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理和采集控制程序及配套的PC端應(yīng)用軟件［11］,在硬件電路上實(shí)現(xiàn)脈搏波波形的自動(dòng)采集、自動(dòng)識(shí)別并判定、自動(dòng)分析和顯示。使其滿足如下功能及性能要求：功能要求：1）光電傳感器的設(shè)計(jì)，信號(hào)能在傳感器中做初步的處理后通過(guò)串口送DSP處理單元：通過(guò)前端的光電傳感器將人體手指隨心臟收縮和舒張引起的血液容積變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)電路的放大送C8051F330單片機(jī)做初步的信號(hào)預(yù)處理（信號(hào)濾波和脈搏波基線調(diào)節(jié)）。2）可檢測(cè)傳感器電路工作是否正常：通過(guò)采樣傳感器電路的電壓信號(hào)對(duì)傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行判定。3）可檢測(cè)手指插入狀態(tài)并自動(dòng)開(kāi)始系統(tǒng)的檢測(cè):通過(guò)將傳感器檢測(cè)的電壓信息與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較來(lái)判斷手指的插入狀態(tài)。4）可在硬件電路上自動(dòng)完成波形的采集、判定、分析計(jì)算及結(jié)果的顯示。5）可與PC機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)行通信測(cè)試、血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算、顯示以及檢測(cè)結(jié)果評(píng)估圖示：通過(guò)DSP的串口與PC機(jī)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。6）上述3、4、5、6的測(cè)試結(jié)果，可通過(guò)通信協(xié)議向PC機(jī)報(bào)告（傳感器工作狀況、手指插入與否、主機(jī)（單片機(jī)）和從機(jī)（DSP）的工作狀態(tài)）。7）電源的自動(dòng)管理：系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電池充電、電池電量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)電源的科學(xué)管理（通過(guò)DSP控制電源管理芯片的使能端，在5分鐘時(shí)間后使用者無(wú)相關(guān)操作即關(guān)閉電源管理芯片的使能端禁止電源的相關(guān)輸出，當(dāng)按相關(guān)復(fù)位按鈕后系統(tǒng)回到工作狀態(tài)）。8）檢測(cè)結(jié)果的顯示：在320X240點(diǎn)陣液晶上將檢測(cè)結(jié)果（電池電量、手指插入狀態(tài)、參數(shù)檢測(cè)結(jié)果、參數(shù)變化趨勢(shì)圖）顯示出來(lái)。性能要求：1）采樣精度：大于等于10位2）采樣間隔：5ms3）頻率響應(yīng)：0.05Hz到200Hz4）電源供電：直流5V供電（電源適配器或USB供電）或手機(jī)鋰電池供電5）電源功耗：不大于1.5W（即電路小于300mA）6）電池供電待機(jī)時(shí)間不小于10小時(shí)擬釆取的研究方案及可行性分析本選題主要涉及到硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作、軟件部分的設(shè)計(jì)、理論研究及臨床驗(yàn)證四大部分。1?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與制作在實(shí)驗(yàn)室研究成果的基礎(chǔ)上，繼承以往儀器小型便攜等優(yōu)點(diǎn)，選用TI定點(diǎn)DSP（采用TMS320VC5402）［12］?［14］,進(jìn)一步改進(jìn)傳感器采集電路，在傳感器電路部分讓脈搏波信號(hào)不失真的送到F330單片機(jī)，使脈絡(luò)中最大限度的包含心血管信息，通過(guò)DSP的控制和處理顯示檢測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)將針對(duì)指脈容積脈搏波的采集和分析設(shè)計(jì)相應(yīng)的指脈采集處理電路，根據(jù)指脈信號(hào)幅值小、頻率響應(yīng)范圍主要集中在低頻段（0.05Hz到200Hz）的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的放大和采集電路，最大限度不失真地反映脈搏波波形形態(tài)，滿足后續(xù)對(duì)波形分析的要求。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2?軟件部分設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)主要分為以下三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)采集控制程序、主從機(jī)通訊及控制和計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)（實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程發(fā)送）。單片機(jī)軟件部分完成數(shù)據(jù)采集、電池電量采樣和數(shù)據(jù)傳送，主要包括定時(shí)、A/D轉(zhuǎn)換、平滑濾波、自適應(yīng)濾波［20］?［21］、串口數(shù)據(jù)發(fā)送等功能的實(shí)現(xiàn)。主從機(jī)通訊控制和計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)完成主機(jī)和從機(jī)之間的通訊控制，實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)從機(jī)的訪問(wèn)以及對(duì)液晶、flash存儲(chǔ)芯片的訪問(wèn)和控制、波形分析計(jì)算工作流程的控制等。計(jì)算機(jī)軟件部分是軟件的輔助功能部分，要完成數(shù)據(jù)接收、波形和檢測(cè)結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)存取等。該軟件將采用MicrosoftVisualC++進(jìn)行開(kāi)發(fā)［22卜［24］計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)包括三部分：（1）軟件界面部分軟件界面部分的開(kāi)發(fā)主要包括以下幾部分：主界面、原始信息輸入、檔案管理、檢測(cè)界面、結(jié)果參數(shù)顯示界面、檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)圖界面、測(cè)評(píng)結(jié)果界面等。盡量設(shè)計(jì)的合理化、人性化、簡(jiǎn)單化。脈搏波波形的顯示、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。通過(guò)進(jìn)一步改善已有的或研究新的算法，實(shí)現(xiàn)波形的顯示、計(jì)算心血管血流動(dòng)力學(xué)功能參數(shù)、存儲(chǔ)多次檢測(cè)結(jié)果并畫(huà)出參數(shù)變化趨勢(shì)圖、給出相應(yīng)評(píng)價(jià)意見(jiàn)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低操作的復(fù)雜程度。脈搏波波形信號(hào)的處理、分析和計(jì)算主要包括以下幾個(gè)部分：對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行噪聲分析，確定數(shù)字濾波方案［25］~［27］；結(jié)合以往的研究成果，研究計(jì)算血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算檢測(cè)結(jié)果，利用大量臨床數(shù)據(jù)驗(yàn)證和改進(jìn)計(jì)算方法，最終實(shí)現(xiàn)脈搏波信號(hào)的檢測(cè)和檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算、分析，確定課題的算法和程序。在原有的K值分類標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上探求一種新的脈搏波波形分類方法，將脈搏波波形重新分類或在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分。在實(shí)驗(yàn)室原有的K值基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究K與臨床血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)：如血液粘度等相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，通過(guò)K值與黏度模型的關(guān)系計(jì)算血液粘度等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)值。建立檢測(cè)結(jié)果測(cè)評(píng)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)建立被測(cè)者基本信息、生理參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、跟蹤和趨勢(shì)分析。通過(guò)參數(shù)變化趨勢(shì)圖給出被檢測(cè)者的心血管功能狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，使被測(cè)者及時(shí)掌握心血管的健康走向并向被測(cè)者給出科學(xué)的評(píng)價(jià)意見(jiàn)。軟件功能整體框圖如圖2所示：圖2軟件功能整體框圖3?理論研究基于嵌入式的心血管功能無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是自動(dòng)判波和單波提取波形參數(shù)的算法，自動(dòng)采集、自動(dòng)分析決定著系統(tǒng)自動(dòng)化程度的高低。自動(dòng)判波技術(shù)需要在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行單波的提取、波形分析和波形特征參數(shù)的計(jì)算。要想從波形數(shù)據(jù)中分離出單波，關(guān)鍵是找到脈搏波的起點(diǎn)和終點(diǎn)，即找到原始信號(hào)的極小值點(diǎn)，同時(shí)找到最高點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證波形的有效性。由于噪聲及基線漂移將影響到波形特征點(diǎn)提取的準(zhǔn)確性，為了有效分析波形數(shù)據(jù)，在硬件上需將波形數(shù)據(jù)最大不失真的采集進(jìn)來(lái)。但由于光電傳感器在檢測(cè)時(shí)易受環(huán)境光、暗電流、工頻電磁干擾以及手指的移動(dòng)所造成的運(yùn)動(dòng)偽差的干擾，需要在DSP中進(jìn)一步濾除干擾得到質(zhì)量較好的脈搏波信號(hào)，同時(shí)自動(dòng)對(duì)脈搏波波形做歸一化處理，自動(dòng)調(diào)節(jié)基線，使波形的基線趨于平穩(wěn)。通過(guò)差分閾值法找到起始點(diǎn)和終點(diǎn)，確定單波波形，然后和初始化的閾值進(jìn)行比較，判斷波形的有效性，通過(guò)同樣的方法獲得連續(xù)的單波，比較單波的幅值、k值、心率等差異性，差異值在規(guī)定的范圍要求內(nèi)認(rèn)為波形已經(jīng)穩(wěn)定，算出平均的單波、心率以及血流動(dòng)力學(xué)功能參數(shù)等卩2］?［3。］將容積脈搏波波形參數(shù)與臨床實(shí)測(cè)的血液粘度對(duì)比，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，模擬出一套計(jì)算血液粘度的算法，從而得到計(jì)算準(zhǔn)確的血液粘度值。4?工程和臨床驗(yàn)證一款醫(yī)療儀器在軟硬件設(shè)計(jì)完成后，為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能和檢測(cè)的準(zhǔn)確度，臨床驗(yàn)證是必不可少的環(huán)節(jié)。臨床驗(yàn)證是利用系統(tǒng)檢測(cè)一定數(shù)量的各類人群，通過(guò)分析采集到的大量臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)改進(jìn)模型算法或系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確度。同時(shí)在各種干擾和噪聲環(huán)境下實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能，改進(jìn)濾波方法和電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)與手動(dòng)判波比較，分析自動(dòng)判波的準(zhǔn)確性。從整體對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，得到檢測(cè)準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單、快速的心血管功能檢測(cè)設(shè)備。存在的難點(diǎn)及問(wèn)題1、硬件系統(tǒng)改進(jìn)：在運(yùn)行速度上如何兼容DSP與51單片機(jī)這兩款處理速度有較大差異的MCU,在性能上的改進(jìn)面臨較大的挑戰(zhàn)，如硬件的抗干擾能力、電路檢測(cè)、基線漂移問(wèn)題、自動(dòng)判波和單波提取問(wèn)題等需進(jìn)一步得到解決。2、軟件系統(tǒng)改進(jìn)：軟件界面的操作更加合理化、人性化，以及設(shè)計(jì)針對(duì)本課題的特點(diǎn)具有針對(duì)性的檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)圖與檢測(cè)評(píng)價(jià)意見(jiàn)。3、需要探求新的適用于數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的脈搏波自動(dòng)判波和波形分類的算法和方法。論文研究進(jìn)度計(jì)劃2010.12?2011.022011.03?2011.042011.05?2011.072011.08?2011.092011.09?2011.112011.12?2012.022012.03?2012.05系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及電路制作與模擬電路調(diào)試單片機(jī)電路設(shè)計(jì)與編程數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)DSP編程學(xué)習(xí)與編程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件編程儀器的工程驗(yàn)證和臨床驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件的最后調(diào)試論文寫(xiě)作論文研究工作基礎(chǔ)及條件保障北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院生物電子與儀器研究室20年來(lái)始終專注于血流動(dòng)力學(xué)的理論研究和檢測(cè)設(shè)備的研究，積累了深厚的研究經(jīng)驗(yàn)，在相關(guān)領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際領(lǐng)先水平。在兩次國(guó)家自然科學(xué)基金和“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目的資助下，特別是近年來(lái)順應(yīng)國(guó)家醫(yī)改政策的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具有良好的研究基礎(chǔ)和較強(qiáng)的科研實(shí)力。本實(shí)驗(yàn)室從1984年開(kāi)始對(duì)脈搏波傳播機(jī)理與心血管血流參數(shù)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)進(jìn)行研究，獲得了國(guó)家自然基金、北京市科委等的資助，不僅在理論方面獲得了突破，同時(shí)開(kāi)展了多方面的應(yīng)用研究，并在各項(xiàng)研究工作中均取得了良好的效果并積累了豐富而寶貴的經(jīng)驗(yàn)，與多家科研單位有著良好的合作關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室擁有四通道生理參數(shù)檢測(cè)儀、任意波信號(hào)發(fā)生器，示波器，電路測(cè)試儀等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這些設(shè)備都是開(kāi)展研究工作的重要保證。而且實(shí)驗(yàn)室與首都醫(yī)科大學(xué)附屬安貞醫(yī)院在心血管功能研究、糖尿病和妊娠期疾病方面有著廣泛的合作，可以為論文研究解決臨床驗(yàn)證的數(shù)據(jù)樣本。實(shí)驗(yàn)室與電控學(xué)院ADI嵌入式重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有著良好的合作關(guān)系，可以在電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理方面提供指導(dǎo)和建議,為課題提供有力的支持。參考文獻(xiàn)羅志昌，程桂罄，王麗娟，楊愛(ài)東等?心血管血流參數(shù)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1988,14(2):4?11.費(fèi)開(kāi)明等.TP-CBS心血管血流參數(shù)無(wú)損傷檢測(cè)系統(tǒng)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)?1988,14(2):62?69.羅志昌，張松，楊益民脈搏波的工程分析與臨床應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2006.JongYongAbdielFoo，ChuSingLim.Dual-channelphotoplethysmographytomonitorlocalchangesinvascularstiffness.ClinicalMonitoringandComputing.2006;20:223-224.A.S.Ferreira,J.B.Filho,M.N.Souza.IdentificationofVascularParametersBasedontheSamePressurePulsesWavesUsedtoMeasurePulseWaveVelocity.Proceedingsofthe23rdAnnualEMBSInternationalConferences,Istanbul,Turkey,2001:3418?3421倪永斌，張維忠.脈搏波分析的臨床價(jià)值[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器與應(yīng)用.2002,4(14):21-24.StockesGS,RyanM,BrnabicA,etal.Acontrolledstudyoftheeffectsofisosorbidemononitrateonarterialbloodpressureandpulsewaveforminsystolichypertension.JHypertens,1999,17:1767-1773.TanenbaumAndrewS.ModernOperatingSystem[M].NewJersey:PrenticeHall,1999汪兵等.EVC高級(jí)編程及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.ZhichangLuo,SongZhang,WenmingYang.Anon-invasiveautomaticdetectingsystemforbloodflowparametersofcardiovascularsystemJ].ChineseJournalofBiomedicalEngineering.19943(4):139.黎向宇，錢明等.脈搏波分析系統(tǒng)的硬件電路與顯示菜單設(shè)計(jì)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程.1996,2(15):79-82.張衛(wèi)寧.DSP原理與應(yīng)用教程.北京：科學(xué)出版社，2008.327-340.戴明楨，周建江.TMS320C54X結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用?北京航空航天大學(xué)出版社,2007,242-288.汪安民，程昱.DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)用子程序.人民郵電出版社,2005.40-298.李勛?單片機(jī)原理及應(yīng)用?北京：艦空航天大學(xué)出版社，2001.253-257胡偉，李曉衡，單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例[M].人民郵電出版社.2003.徐愛(ài)鈞、彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程與uVision2應(yīng)用實(shí)踐[M].電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