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1、具有自动报警和定位功能的脉搏检测系统的设计与实现摘要:本作品综合运用移动通信,卫星定位和电子信息处理技术,开发集脉搏检测、自动报警和定位于一体的便携式医疗产品。通过脉搏传感器采集脉搏信号,进行数字化的分析处理,得知用户的健康状况。当疾病突发时通过GSM和GPS报警和定位,实现即时救助。本作品在传统的中医诊脉基础上融合了电子信息技术,是一种用于初步检查的医疗辅助设备。它适用于家庭老人监护,有广阔的应用前景。 关键词:脉象分析报警定位GSMGPS :TN914.2:A:1007-9416(2011)04-0037-05 1、引言 为解决“老龄化”问题,很多国家都在进行远程医疗系统的研究
2、。远程医疗是指使用远程通信技术和计算机技术来实现远距离的疾病诊断、治疗和健康护理等多种医学功能的医疗模式。远程医疗在国外的发展已有五十多年历史,在国内虽然只有二十多年的发展时间,也逐渐跟上了世界的前沿技术,显示出了良好的发展前景。在医院的远程监护、社区医疗站以及家庭保健监护医疗中将有巨大的市场潜力[1]。 诊脉是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法。历史悠久,内容丰富,是中医理论体系不可缺少的组成部分。脉搏携带有丰富的人体健康状况信息,是心脏内部运动状态在人体表面的输出和映射。通过诊脉可获知病人的身体状况。但由于传统的中医诊脉模式过于依靠经验和主观感觉进行判断,没能实现定量的分析,因此应用范
3、围受到限制。目前,我国有很多科研人员从事中医诊脉客观化的研究,如今较常用的算法有倒谱算法、小波变换、Hilbert-Huang变换算法和时域分析法。在这里我们主要考虑的是倒谱算法和时域分析法。 2、系统设计构思 2.1系统整体设计 系统采用S3C2440(基于ARM9架构)芯片作为核心处理器。脉搏传感器采集脉搏信号,经过滤波放大等处理后,传输到处理器中。通过脉搏检测算法对脉搏信号进行分析处理,并结合血氧仪中采集到的血氧饱和度值,获知用户的身体状况。如果用户身体状况出现异常则蜂鸣器鸣响报警,通过GPS模块获取用户的地理位置坐标并通过GSM模块向预设的号码发送报警短信和拨打报警,使用户能
4、够得到及时的救助,图2.1。 2.2系统主要功能 系统结合了GSM、GPS等无线通信技术,将脉搏检测、报警和定位等功能融合在一起,形成一套便携的医疗监护系统,实现: (1)脉搏数据的实时采集与处理。通过脉搏传感器,实时采集脉搏数据,并在设备终端上对脉搏进行处理分析了解用户的健康状况。同时在系统终端的存储器中建立数据库,根据不同用户分别存储历史数据。在系统终端会实时显示出脉搏的分析结果并绘制出脉搏波形图。 (2)自动报警功能。当用户的脉搏信号出现异常时,报警器自动触发报警,并向数据中心传输报警信号。数据中心通过传来的脉搏信息和坐标信息,对用户实施及时和定点救助。同时用户也可通过相应按键进
5、行手动报警。 3、脉搏检测算法设计 3.1脉搏检测原理 随着心脏的收缩舒张,主动脉周期性的一张一缩,压力将从升高区域开始以波的形式向主动脉远端及其分支传播,形成脉搏波。在脉搏波的传播过程中,由于心血管状况的不同,脉搏波将被不同程度的反射和折射,可反映出心血管的外周阻力和血管壁弹性等生理信息。i 根据血流动力学原理,在血管变形不太大的情况下,一个周期内血管内血流压力随时间变化的波形将与血管半径随时间变化的波形相似。利用换能器在动脉管外侧检测出血管半径随时间变化的波形,这波形可认为是动脉管内的血液压力随时间变化的波形。测出脉搏波动,经放大器放大后可以记录到搏动随时间变化的曲线,即为脉图
6、。通过对脉图进行分析,可获知人体的心血管状况。 3.2脉搏检测算法的研究与探讨 3.2.1倒谱分析法 我们将人体的心血管系统看成是一个线性时不变系统,心脏搏动发出的激励信号x(n)是该系统的输入,脉搏传感器所测到的信号y(n)是系统的输出。若用h(t)和H(k)表示该系统的冲激响应和传递函数,则有: 其中表征人体心血管信息的位于低时域段,而心脏激励信号的位于高时域段,这样,我们可采用倒滤波技术分离出,再经过傅里叶变换等步骤求出系统传递函数。通过对相关特征点的分析获知用户身体状况[5][6][7]。 倒谱分析法包括如下步骤:(1)对传感器采集到的脉搏信号进行低通滤波,滤波后的脉搏时域图
7、如图3.1所示。(2)计算滤波后信号的频谱图,如图3.2所示。从图中可看出,脉搏波的能量主要集中在0～10HZ。(3)通过频谱图计算信号的倒谱图,如图3.3所示。倒谱图中有两个谐振峰比较明显,但是他们之间的间隔很小,特别是主峰与第一谐振峰靠得很近。根据倒谱法原理,靠近原点附近的倒谱成分包含了脉搏传输系统的特征信息,谐振峰则反映了激励源的特征信息。我们需要分别提取出主峰和谐振峰,由前者可以估计出脉搏
