运用领域:自动化丈量
应战:依据人体阻抗特性,经过拾取阻抗改变丈量人体脉息信号。运用LabVIEW强壮数字信号处理功用复原脉息波形,并对波形的特征信息进行提取及存储。收集满足的数据后,首要运用该言语的数学程序库以及数值剖析核算功用进行回归剖析,树立相关数学模型,提醒脉息信号与心血管类疾病的联络。
运用计划:运用NI公司的LabVIEW 8.5作为软件开发渠道,结合自行规划的脉息信号收集设备,开发了一个具有信号剖析、处理、显现以及对数据进行回归剖析等功用的脉息信号丈量体系。
运用的产品:LabVIEW8.5学生版
介绍
在世界范围内,心血管类疾病患者日积月累,已成为人类健康的头号杀手。美国心脏协会陈述称,每年大约有240万美国人死于心血管疾病,其间尤以高血压患者所占比率最高,现象最为遍及。我国卫生部发布我国心血管疾病患者已超越1.5亿,心血管病是现在我国人群最首要的死因。因而防备此类疾病的发生显得尤为重要。
人体脉息体系是心血管体系的重要组成部分,从脉息波中提取人体的生理和病理信息作为临床确诊和医治的依据,遭到中外医学界的注重,脉息波所呈现出的形状、强度、速率、节律等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管体系中的许多生理病理的血流特征。中医的诊脉理论以为脉息波的传达与心血管体系的血液运动、血管壁运动规则有着亲近的联络。
脉息信号构成机理
血液在心血管组成的循环体系中依照必定的方向循环往复的活动,称为血液循环,其动力来历与心脏,心脏经过做有次序的缩短和舒张活动,使血液源源不断地从心脏射入动脉,心脏每缩短一次,动脉内的压力就发生一次周期性的动摇,这种周期性的压力改变引起动脉血管发生动摇,称为脉息。脉息能够沿着动脉管壁向外周血管传达,这种空间上传达的动摇称为脉息波。
阻抗法丈量原理
生物电阻抗丈量,或简称阻抗技能,是一种运用生物安排与器官的电特性及其改变规则提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技能。它通常是凭借置于体表的电极体系向检测目标送入一细小的沟通丈量电流或电压,检测相应的电阻抗及其改变,然后依据不同的运用意图,获取相关的生理和病理信息。
将受检部位(本规划为手臂)如图 1 等效为一圆柱形均匀导体 , 血管坐落其间央。
图 1 人体安排与血管简化模型
依据物理学上的界说,导体的电阻 R 取决于该导体的电阻率、长度及其截面积的巨细。
R = ρL/S= ρL2 /V
式中 ,ρ为电阻率;S为导体截面积;L为导体长度;V为导体体积。假定圆柱导体的长度不变,导出电阻改变ΔR 与容积改变ΔV 的联系式为:
ΔR = – ρL2ΔV/V2 = – RΔV/V
上式标明容积的改变与电阻的改变亲近相关 ,负号表明容积的添加将导致电阻的下降,也就是说人体受检部位就相当于一个阻值发生周期性改变的电阻,只需测得阻值的改变波形即可测得脉息信号。给人体输入鼓励电流,经过人体阻抗转换为电压信号,丈量此电压信号的周期性改变即可反映出阻抗的改变,终究测得脉息信号。
脉息信号收集规划思维
脉息信号具有同其它生物电信号相同的特色,信号弱小、频率较低而且极易遭到搅扰。假定人体受检部位的等效阻值为1000欧姆,那么跟着脉息波的传递,阻抗的改变量约为1欧姆,而且此改变量的巨细与检测方位、个体差异及电极体系状况都有较大联系,直接丈量此信号具有较大难度。对人体而言,所发生的电信号不仅仅是脉息信号,还要遭到与之频率及幅值特性附近的其他生物电信号的搅扰,一起,来自外界的工频搅扰、日光灯搅扰等对脉息信号高质量提取造成了很大的影响。
运用虚拟仪器技能剖析生物电信号,能有用下降信号处理的复杂性和困难度,能很好的处理上述存在的问题,使生理信号的处理剖析变得愈加便利和简略。鉴于LabVIEW的强壮数字信号处理及数学剖析功用,为节约开发时刻,进步开发功率,选用LabVIEW编写软件运用程序,开发根据LabVIEW的脉息信号检测与剖析体系。
脉息信号提取根据调制和解调的原理,体系全体框图如图2,本规划中丈量方位为手臂,经过鼓励电极(E1,E4)给人体输入100KHz、0.6mA的载波,在E1与E4间间隔设置为15cm时,在此高频信号的鼓励下,人体等效阻抗约为200欧姆左右。此刻人体脉息信号被调制在鼓励信号中,输出信号为调幅波,相对于脉息信号而言,载波信号的振动频率为高频信号,将此调幅波经过丈量电极(E2,E3)输入给脉息信号调度电路,进行模仿解调,滤除高频载波,便可得到脉息波。一起对调度电路中的模仿解调前的采样点进行高速采样,经串口与LabVIEW通讯,运用软件对信号进行解调、信号处理、特征值提取、波形显现、回归剖析等操作。
图2 体系全体框图
LabVIEW程序规划
为有用的扫除外界搅扰,削减模仿电路处理信号带来的信号失真,尽可能的再现实在的脉息信号,从而研讨影响人体脉息信号的各种因素,运用LabVIEW虚拟仪器开发软件运用程序,运用程序经过串口与硬件进行通讯,而且考虑到核算机的搅扰较大,选用光耦6N137将核算机的地与单片机的地进行阻隔,避免核算机地线上的噪声耦合信号调度电路,下降模仿电路的噪声,进步整个体系的抗搅扰功能。
本体系设置了个人信息录入模块,并将该信息(年纪、性别、体重、身高、是否为高血压患者、血压值)存档,界面如图3。