人体脉搏信号的嵌入式实时监测技术及应用的研究

• 作 者: 沙娜
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 嵌入式实时监测 脉搏监测 光电式脉搏传感器 虚拟仪器 光电容积法

健康是人类永久关注的话题，脉搏监测可以提供生理参考信息以及有价值的诊断信息，因此，研究与开发适用于医疗保健的脉搏信号实时监测系统具有十分重要的意义。嵌入式技术推动电子产品朝着经济、小巧、可靠、高效、智能化方向发展，已成为一个研究热点，也为现代医疗监测系统提供广阔发展空间。本文研究脉搏信号实时监测的嵌入式技术及其应用，研制开发一种面向个人医疗、保健、康复用途的脉搏信号实时监测系统。该系统是一种新型的人体生理信息监测系统，主要采用嵌入式技术，并与生物信号传感技术、低功耗设计技术、虚拟仪器技术和医疗技术等相结合，实现随时随地人体脉搏信号的测量、数据记录与保存，通过基于虚拟仪器开发的脉搏信号分析处理及特征提取软件系统实现对人体健康状态的初步评估。具体成果如下：
采用光电容积法设计脉搏监测系统的光电式脉搏传感器及其检测电路，重点从信噪比、可靠性、线性度、灵敏度等方面考虑，合理设计脉搏检测装置的传感器、放大器、滤波器及电源模块。
为实现脉搏信号采集，本文应用嵌入式技术设计开发脉搏信号采集记录器。选用高速、扩展能力强、性价比高的ATmega64单片机作为信号采集记录器的嵌入式处理器，并扩展A/D转换、串行通讯、铁电存储、大容量磁盘存储、液晶显示、键盘控制等模块，实现采集、存储、通讯等功能。本文还移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的软件架构到系统控制器中，充分发挥硬件资源并进行多任务的协调。
为实现人体健康状态的初步评估，本文采用时域分析、频域分析、小波变换等方法对脉搏波的分析、处理及特征提取进行研究。应用虚拟仪器技术，构建脉搏波采集分析及特征提取软件系统，该软件系统以LabVIEW为平台，基于上述理论研究，实现人体脉搏信号的采集、显示、预处理及时频域分析。
本文研究的脉搏信号实时监测系统功能智能化、设计灵活、操作简单，集应用软件和硬件于一体，具有体积小、功能集中、可靠性高和性价比高等特点，充分发挥了嵌入式技术的优势，适于大规模推广，具有广阔的市场前景。本文的研究将推动医疗保健设备的数字化、家庭化发展，为公共医疗事业的社会化大发展做出贡献。