基于DSP的脉搏波测试仪研制

　　0　引　　言

　　古代中医就已经知道利用脉诊进行疾病的诊断。脉搏信息可以在腕部沿桡动脉的3个相邻被称为“寸、关、尺”的部位获取,中医通过施以轻重不同的压力,用其三指对“寸、关、尺”部位脉搏的感觉,来诊断病人内部器官的健康状况[1]。脉搏信号属于人体生理信号中的一种,其中包含了丰富的人体内各器官的生理和病理信息,具有干扰强、频率低、易变异、采集困难等特点。图1是典型脉搏波波形。图中标出的标志点是心动周期中一个力学过程转变成另一个力学过程的转折点,在时域描述上依次为a(心房收缩波)、b(主动脉瓣开放点)、c(主动脉最高压力点)、d(主动脉扩张降压点)、e点(左心室停止射血点)、f(二尖瓣开放点)以及g(反潮波)点,这些点在脉搏诊断中具有重要的意义[2]。

　　脉搏测量方法有直接测量和间接测量两大类。直接法属于有创采集,须刺破血管。间接法属于无创测量方法,能够很好的检出脉搏波波形中对应的特征[3],其中利用光电容积脉搏波提取[4-5]和压力脉搏波提取应用最为广泛,而在腕部通过压力拾取的桡动脉信号更能反映主动脉的病生理信息。间接压力法测量一般采用PVDF(聚偏氟乙烯)[6]压电膜作为拾取传感器,它能够保证在体表腕部对信号的精确拾取。在脉搏信号评价方法上,目前国内外还没有统一标准。被广泛认可的评价方法有基于时域特征变化评价[7],基于频域频谱评价[8]以及国内认可度较高的K值评价[9]等方法。为使脉诊技术定量化,客观化、科学化以及考虑到市场需求,本文设计了基于DSP的脉搏测试仪,仪器为脉搏诊断和研究提供了脉搏时域、频域测量和特征分析,以及可参考的K值评价。

　　1　硬件设计与实现

　　系统主要由脉搏传感器、采集处理电路、BF533主机平台以及远端PC构成,其结构如图2所示。

　　1.1　信号采集模块设计

　　AD采样板中信号调理电路主要由第一级放大、带通滤波和第二级放大组成,电路结构图如图3所示。第一级仪表放大选用了AD8220,该芯片具有高共模抑制比、低温度漂移、低功耗、单电源供电等优点,保证了信号无失真放大。

　　带通滤波器由低通滤波器和高通滤波器组合而成,其带通宽度是0.2~40 Hz。

　　图4中U2A和R9、R10、C10、C12组成的二阶巴特沃思低通滤波器。其截止频率的计算公式为:

　　电路中,R9=R10=280 kΩ,C10=2C12=0.02μF,计算得到低通截止频率约在40 Hz左右。

　　U2B和R13、R17、C14、C15、组成一个二阶巴特沃思高通滤波器。其高通截止频率的计算公式为:

　　电路中,R13=R17=570 kΩ,C15=2C14=2μF,计算得到高通截止频率约在0.2 Hz左右。在滤波电路后为第二级放大,其目的是把信号放大到适合A/D转换的要求,避免前置放大器的放大倍过高而产生波形失真。