基于LabVIEW的脈搏波分析監測系統

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[摘 要] 設計一種基于LabVIEW的脈搏波分析監測系統，能夠自動、高效、精確地實時采集和記錄人體脈搏參數。監測系統采用下位機和上位機方案，以單片機為核心測量人體脈搏。該系統采用脈搏傳感器將所采集的信號進行放大、濾波、電壓抬升等處理，通過CH341T與PC端USB接口相連，實現了單片機和上位機之間通訊并將處理后的數據傳至上位機進行分析。上位機基于LabVIEW開發平臺實現了用戶管理登陸、脈搏波濾波、消除基線漂移、特征識別、打印報告等功能，其特征參數可有效地反映身體功能。

[關鍵詞] 脈搏波；用戶管理；消除基線漂移；特征參數

中圖分類號：R331 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5200（2017）01-015-04

DOI：10.11876/mimt201701007

Pulse Wave Monitoring System Based on LabVIEW LI Shuying，Wei Anhai，Zhang Hehua，YIN Jun. （Medical Engineering Department， Daping Hospital and Institute of Surgery Research，Third Military Medical University， Chongqing， 400042）

[Abstract] A pulse wave monitoring system based on LabVIEW was designed which can automatically， efficiently and accurately real-time collect and record human pulse parameters .With a single chip processor as the core， the system used a lower computer and a upper computer to measure the pulse of human body. The system could magnify， filter analog signal and rise the voltage through the pulse sensor. It realized the communication between the MCU and the PC through a CH341T chip connecting with the PCs USB interface. The processed data could be transmitted to the upper computer for analysis. The upper machine based on LabVIEW could realizes user login management， pulse wave filtering， eliminating baseline drift， feature recognition and print of reports， etc.The characteristic parameters could effectively reflect and feedback the patients physical features and functions.

[Key words] pulse wave； user management； eliminating baseline drift； characteristic parameter

0 引言

脈搏波信號是身體生理狀況的重要信號之一，其特征參數可有效地反映身體的各項指標和功能。脈搏波是心臟搏動（振動）產生的波沿動脈血管和血流向外周傳播而形成，除了受到心臟本身影響外[1]，還受到流經各級動脈及分支中各種生理因素影響，如動脈的彈性、血液黏性、血液密度性和血管阻力等[2-4]，使得脈搏波中包含有極豐富的心血管系統生理和病理特征[4-5]，通過對脈搏波信號波形、波幅、速率和節律等方面分析可以有效地估算出心輸出量、血管阻力、血管壁彈性和血液黏性等。但是脈搏波信號隨機性強、信噪比低且在采集過程中易受到工頻干擾，因呼吸及和皮膚接觸時壓力不同而產生基線漂移會對信號識別和分析造成重要的影響?；谝陨显颍狙芯炕贚abVIEW設計的脈搏波分析監測系統，實現了用戶管理登陸、脈搏波濾波、消除基線漂移、特征識別等功能。

1 總體設計方案

基于LabVIEW的脈搏波分析監測系統采用下位機和上位機方案，以單片機測量脈搏并結合LabVIEW開發平臺采集與管理脈搏波數據，該系統能夠自動、高效、精確地實時采集記錄人體脈搏參數進行分析處理。

硬件組成主要包括脈搏波測量模塊、電源模塊和通訊模塊三個部分。HK-2000B型脈搏傳感器將輸出信號進行放大、濾波、模數轉換等處理，并通過USB接口將數據傳至上位機，上位機通過LabVIEW軟件對采集的信號進行處理。RX、TX通過CH341T與PC端USB接口相連，以達到單片機與上位機間通訊。

2 硬件設計

2.1 脈搏波檢測電路

HK-2000B型醫用脈搏傳感器采用高度集成化工藝，將PVDF壓電薄膜、靈敏度溫度補償元件、溫漂修正單元集成在傳感器內部[6]，具有靈敏度高、抗干擾性能強、過載能力大、一致性好、性能穩定可靠、使用壽命長等特點。

傳感器所采集到的脈搏信號較弱，電壓值相對較小，這就要求前置級具有高輸入阻抗，低輸出阻抗的特點，以便降低信號源的影響，增強信號的拾取能力，該系統通過電壓跟隨器和同相比例放大器將信號放大到適當的范圍。傳感器輸出的脈搏信號頻率較低，容易受50Hz工頻干擾和肌體抖動、精神緊張帶來的假象信號等干擾[7-9]，該系統采用硬件低通濾波電路實現降噪，脈搏波檢測電路如圖1所示。

2.2 串口通訊電路

脈搏波分析監測系統選用USB接口進行通訊，并通過CH341T芯片完成USB接口轉換串口。CH341T成本低，使用靈活，內置了獨立的收發緩沖區，支持單工、半雙工或者全雙工異步串行通訊。采用CH341T支持的9600bps通訊波特率，使得串口發送信號的波特率誤差小于0.3%，而串口接收信號的允許波特率誤差不小于2%，提高了通訊速率。串口通訊電路如圖2所示。

3 LabVIEW程序設計

3.1 用戶登錄程序編寫

用戶管理登陸程序采用LabVIEW Database模塊和Access數據庫實現。用戶管理登陸程序分為管理員登陸和用戶登陸，用戶登陸直接進入數據采集界面進行數據采集分析與處理，管理員登陸可以進行用戶管理。用戶登錄采用Database模塊實現與Access數據庫的連接，用戶管理登陸程序框圖，如圖3所示。

管理員登陸可以實現用戶的增加和刪減。程序通過DB Tools Open Connection VI和DB Tools Select Data VI打開由Access數據庫編寫用戶信息.udl的路徑連接，并選擇數據庫中的用戶名、密碼和權限對應內容，將其中內容由變體轉換為數據顯示于表格控件中。當點擊新增用戶或刪除用戶時，其相應的布爾值改變時，觸發對應的事件結構，通過標準對話框，提醒管理員輸入需要添加或者刪除的用戶，將輸入字符串格式化之后，通過DB Tools Execute Query VI寫入Access數據庫，并刷新界面實現所需功能。新增、刪除用戶程序框圖，如圖4所示。

3.2 用戶信息存儲及打印

用戶點擊信息存儲，通過選項卡控件，系統自動跳轉至用戶信息存儲界面，數據存儲則采用事件結構觸發，通過連接字符串將姓名、性別、體重、身高、年齡等通過Word Easy Text VI布局過后，利用保存報表至文件VI寫入報表中并保存。數據存儲程序框圖，如圖5所示。

4 數據處理與討論

為了得到有效的脈搏波信號，需去除基線漂移[11]，本文利用脈搏波波谷的相對位置提取基線，采用波峰檢測VI進行特征識別，識別脈搏波波谷，再利用斜坡信號VI按照線性方式生成斜坡信號，用于插值擬合。使序列t表示斜坡信號，對于斜坡信號（按采樣）采用線性生成依據公式（1）生成信號。

其中i=0，1，2，…，n–1，t0是本次處理數據的起始位置，△t為采樣時間間隔，ti本次處理數據的結束位置。

最后選用一維插值VI以脈搏波波谷和斜坡函數生成的斜坡信號為定點，進行樣條插值擬合，利用脈搏波在各點時間上的采樣值與漂移基線做差值，則能獲得去除基線漂移過后的脈搏波信號，再次利用波峰檢測VI對脈搏波進行特征識別即可得到較為準確的波峰波谷。數據處理程序框圖，如圖6所示。

用戶登錄后直接進入數據采集界面，數據采集點分別為右手腕、左手臂、左手腕、右手臂，進入數據采集處理系統后，程序自動初始化設置，當識別探測器傳輸的脈搏波信號時，探測器對應連接指示燈變為綠色，反之紅色閃爍報警，程序根據探測器采集脈搏波數量進行自動界面布局，圖7（a）、圖7（b）中所示為兩路脈搏波信號圖。

5 小結

基于LabVIEW的脈搏波分析監測系統能夠實現測試者脈搏參數的自動測量，并能根據要求生成相應的報告。此外，將采集到的脈搏波信號進行分析與處理后，其特征參數可有效地反映和了解身體的各項指標和功能。

參 考 文 獻

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