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心音、脈搏信號采集、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-05-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:、是人體生理及病理的兩項(xiàng)重要指標(biāo),針對這些一般比較微弱、且過程中也容易受外界干擾等特點(diǎn),開發(fā)了一種能提取微弱。該采用駐極體話筒和紅外光電法提取,并采取了一系列放大、濾波措施,濾除噪聲干擾。該較好地解決了外界干擾問題,具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,噪聲小,成本低等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:心音;脈搏;傳感器;電路

心音和脈搏是反映人體生理及病理的兩項(xiàng)重要指標(biāo),它們分別是診斷人體疾病的重要手段之一,具有非常重要的臨床意義。為此,對該領(lǐng)域的研究背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了充分調(diào)研,認(rèn)為現(xiàn)有系統(tǒng)一般是單獨(dú)的心音或者單獨(dú)的脈搏電路,但是由于心動是脈動的源,心音與脈搏本身就存在著嚴(yán)密的醫(yī)學(xué)聯(lián)系,單獨(dú)的心音或者單獨(dú)的脈搏采集電路,無法對心音和脈搏信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析提供大量可靠的數(shù)據(jù)樣本,因此本文詳細(xì)介紹了用通用器材制作心音、脈搏傳感器的方法以及信號調(diào)理電路的方案。

1 心音、脈搏傳感器的制作方法
1.1 心音傳感器選擇及制作
心音是人體最重要的聲信號之一。它是在心動周期中,由于心肌收縮和舒張、瓣膜啟閉、血流沖擊心室壁和大動脈等因素引起的機(jī)械振動,該振動通過周圍組織傳到胸壁成為可聽到的聲音。心音信號中含有關(guān)于心臟各個(gè)部分,如:心房、心室、大血管、心血管及各個(gè)瓣膜功能狀態(tài)的大量病理信息,是臨床評估心臟功能狀態(tài)的最基本方法。當(dāng)心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生臨床及病理改變(如ECG變化)以前,心音中出現(xiàn)的雜音和畸變就是重要的診斷信息。
1.1.1 心音傳感器的選擇
心音采集系統(tǒng)首先要解決的是如何將心音信號轉(zhuǎn)化為電信號的問題。由于心音信號的頻譜范圍在人耳所能聽到聲音的低頻段,約在20~600 Hz,因此可選用低頻響應(yīng)較好的話筒作為心音傳感器。駐極體式電容話筒低頻特性能滿足要求而價(jià)格低,該中選用直徑6 mm的駐極體話筒。
1.1.2 心音傳感頭的制作
制作心音傳感頭時(shí),選用了由江蘇魚躍醫(yī)療設(shè)備股份有限公司出品的單用聽診器全銅聽頭部分,在聽頭耳把上套上約20 cm長的醫(yī)用橡皮管,對心音進(jìn)行物理增強(qiáng),橡皮管的另一頭擠壓入微型駐極體話筒,話筒的兩根導(dǎo)線用屏蔽電纜接到放大電路中。
1.2 脈搏傳感器的選擇及制作
脈搏波是以心臟搏動為動力源,通過血管系的傳導(dǎo)而產(chǎn)生的容積變化和振動現(xiàn)象。當(dāng)心臟收縮時(shí),有相當(dāng)數(shù)量的血液進(jìn)入原已充滿血液的主動脈內(nèi),使得該處的彈性管壁被撐開,此時(shí)心臟推動血液所作的功轉(zhuǎn)化為血管的彈性勢能;心臟停止收縮時(shí),擴(kuò)張了的那部分血管也跟著收縮,驅(qū)使血液向前流動,結(jié)果又使前面血管的管壁跟著擴(kuò)張,以此類推。這種過程和波動在彈性介質(zhì)中的傳播有些類似,因此稱為脈搏波(Pulse Wave)。人體手指末端含有豐富的小動脈,它們和其他部位的動脈一樣,含有豐富的信息,用光電法拾取這些信息是無損傷方法,而且簡單易行。實(shí)驗(yàn)表明,用紅外光電法通過指尖測量脈搏波是一種比較好的方法。
1.3 脈搏波測量電路
紅外光電法脈搏采集的基本方法是:發(fā)光二極管發(fā)出的光照射到手指上,被手指組織的血液吸收和衰減后由光敏二極管接收,由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化,它對光的吸收和衰減也是周期性脈動的,于是光敏二極管輸出信號的變化也就是周期性變化,反映了動脈血的變化。
光電傳感器按光的接收方式可分為透射式和反射式兩種。透射式的光源與光敏接收器件對稱布置于手指兩邊,從光源發(fā)出的光穿過皮膚進(jìn)入深層組織,除被皮膚、色素、指甲、血液等吸收及反射外,還有一部分會透射出去到達(dá)光敏二極管。這種方法可較好地指示心律的時(shí)間關(guān)系,并可用于脈搏測量,但不適于精確度量容積;反射式的是測頭當(dāng)中的發(fā)射光源和光敏器件位于同一側(cè),接收的是漫反射回來的光,該信號可精確地測得血管內(nèi)容積變化。該方案采用了透射型指套式光電傳感器。發(fā)光二極管采用紅色單色光,傳感器做成遮光指套式,減少了外界光的干擾,使用方便,靈敏度高,性能穩(wěn)定。在光源電路中,關(guān)鍵是要保持發(fā)光二極管發(fā)射光強(qiáng)穩(wěn)定,即要保證流過發(fā)光二極管的電流恒定,因此采用了一個(gè)恒流源電路,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮它由單電源供電,R1和D保證了偏置電壓的穩(wěn)定,電路如圖1所示。

2 心音、脈搏調(diào)理電路的設(shè)計(jì)
心音和脈搏傳感器輸出的信號微弱并往往夾雜著噪聲干擾,所以必須要進(jìn)行濾波和放大處理,由于是交流放大器,所以在信號調(diào)理電路中選取了電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉的集成運(yùn)放LM324。
2.1 心音調(diào)理電路的設(shè)計(jì)
2.1.1 心音前置放大電路
如圖2所示,為同相放大電路,在輸入端加了無源高通濾波,濾除極低頻干擾。通過調(diào)節(jié)R7的大小就可以獲得所需的放大倍數(shù),放大倍數(shù)為1+R7/R6。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162058.htm

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