心音、脉搏信号采集、调理电路的设计

时间:2022-04-21 00:01 作者:Yabo亚搏手机版App
本文摘要:心音和脉搏是体现人体生理及病理的两项最重要指标,它们分别是临床人体疾病的最重要手段之一,具备十分最重要的临床意义。为此,对该领域的研究背景、研究现状和发展趋势展开了充份调研,指出现有系统一般是分开的心音或者分开的脉搏收集调理电路,但是由于心动是脉动的源,心音与脉搏本身就不存在着森严的医学联系,分开的心音或者分开的脉搏收集调理电路,无法对心音和脉搏信号展开关联分析获取大量可信的数据样本,因此本文详尽讲解了用标准化器材制作心音、脉搏传感器的方法以及信号调理电路的设计方案。

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心音和脉搏是体现人体生理及病理的两项最重要指标,它们分别是临床人体疾病的最重要手段之一,具备十分最重要的临床意义。为此,对该领域的研究背景、研究现状和发展趋势展开了充份调研,指出现有系统一般是分开的心音或者分开的脉搏收集调理电路,但是由于心动是脉动的源,心音与脉搏本身就不存在着森严的医学联系,分开的心音或者分开的脉搏收集调理电路,无法对心音和脉搏信号展开关联分析获取大量可信的数据样本,因此本文详尽讲解了用标准化器材制作心音、脉搏传感器的方法以及信号调理电路的设计方案。  1心音、脉搏传感器的制作方法  1.1心音传感器自由选择及制作  心音是人体最重要的声信号之一。它是在心动周期中,由于心肌膨胀和血管收缩、瓣膜开闭、血流冲击心室壁和大动脉等因素引发的机械振动,该振动通过周围的组织传遍胸壁沦为可听见的声音。

心音信号中所含关于心脏各个部分,如:心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息,是临床评估心脏功能状态的最基本方法。当心血管疾病仍未发展到不足以产生临床及病理转变(如ECG变化)以前,心音中经常出现的杂音和畸变就是最重要的临床信息。

  1.1.1心音传感器的自由选择  心音收集系统首先要解决问题的是如何将心音信号转化成为电信号的问题。由于心音信号的频谱范围在人耳所能听见声音的低频段,大约在20~600Hz,因此可搭配低频号召较好的话筒作为心音传感器。

驻极体式电容话筒低频特性能满足要求而价格低,该设计中搭配直径6mm的驻极体话筒。  1.1.2心音传感头的制作  制作心音传感头时,搭配了由江苏鱼跃医疗设备股份有限公司出品的单用听诊器全铜听头部分,在听头耳把上套上大约20cm宽的医用橡皮管,对心音展开物理强化,橡皮管的另一头断裂进微型驻极体话筒,话筒的两根导线用屏蔽电缆收到缩放电路中。  1.2脉搏传感器的自由选择及制作  脉搏波是以心脏跳动为动力源,通过血管系由的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏膨胀时,有非常数量的血液转入原先充满著血液的主动脉内,使得该处的弹性管壁被后脚,此时心脏推展血液所作的功转化成为血管的弹性势能;心脏暂停膨胀时,扩展了的那部分血管也回来膨胀,抗拒血液向前流动,结果又使前面血管的管壁回来扩展,以此类推。

这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似于,因此称作脉搏波(PulseWave)。人体手指末端所含非常丰富的小动脉,它们和其他部位的动脉一样,所含非常丰富的信息,用光电法掉落这些信息是无损伤方法,而且简单易行。

实验指出,用红外光电法通过指尖测量脉搏波是一种较为好的方法。  1.3脉搏波测量电路  红外光电法脉搏收集的基本方法是:发光二极管收到的光照射手指上,被手指的组织的血液吸取和波动后由光敏二极管接管,由于手指动脉血在血液循环过程中呈圆形周期性的脉动变化,它对光的吸取和波动也是周期性脉动的,于是光敏二极管输入信号的变化也就是周期性变化,体现了动脉血的变化。  光电传感器按光的接管方式可分成入射式和反射式两种。

入射式的光源与光敏接管器件平面布置于手指两边,从光源收到的光穿越皮肤转入深层的组织,除被皮肤、色素、指甲、血液等吸取及光线外,还有一部分不会入射过来抵达光敏二极管。这种方法可较好地命令心律的时间关系,并可用作脉搏测量,但不适合于精确度量容积;反射式的是测头当中的升空光源和光敏器件坐落于同一侧,接管的是漫反射回去的光,该信号可准确地测出血管内容乘积变化。

该方案使用了入射型指套式光电传感器。发光二极管使用红色单色光,传感器制成遮阳指套式,增加了外界光的阻碍,使用方便,灵敏度低,性能平稳。在光源电路中,关键是要维持发光二极管升空透射平稳,即要确保流到发光二极管的电流恒定,因此使用了一个恒流源电路,从系统结构考虑到它由单电源供电,R1和D确保了偏置电压的平稳,电路如图1右图。

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    2心音、脉搏调理电路的设计  心音和脉搏传感器输入的信号黯淡并往往夹杂噪声阻碍,所以必需要展开滤波和缩放处置,由于是交流放大器,所以在信号调理电路中挑选了电源电压范围长,静态功耗小,可单电源用于,价格低廉的构建运放LM324。  2.1心音调理电路的设计  2.1.1心音前置缩放电路  如图2右图,为同互为缩放电路,在输出端加了无源低通滤波,杂讯近于低频阻碍。

通过调节R7的大小就可以取得所需的缩放倍数,缩放倍数为1+R7/R6。    2.1.2噪声的杂讯  前置放大器输入的信号并不是纯粹的心音信号,其中夹杂工频阻碍和其它低频分量。

这些阻碍,比如:心音传声器和皮肤的摩擦音、排便噪音、人体的干扰信号和记录仪器所产生的阻碍等,不仅不会造成心音信号被水淹,也有利于先前电路的处置。因此首先用一个8阶压触电压源高通滤波器来杂讯这些阻碍,低通滤波电路的截止频率为15Hz,如图3右图。    从低通滤波电路中出来的心音信号,还混有较高频率的传声器与人体皮肤摩擦所产生的阻碍等,所以有适当在高通滤波器后展开较低通滤波。

为超过较好的滤波效果而又不使电路过分简单,设计了一个二阶压控电压源(VCVS)低通滤波器。该低通滤波器的截止频率评为600Hz时较为适合,电路如图4右图。    2.1.3固定式缩放电路  经过高通、较低通滤波电路,最后把600Hz频段范围的心音信号萃取了出来。

但由于有所不同人的心音信号幅度有所不同,在前置放大器的基础之上又特了一个固定式的放大器。这样通过手动调节,使输入信号幅度用于非常便利。对正常人来说,该部分缩放倍数评为10~20倍才可,如图5右图。


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