基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统

李姝颖　魏安海　张和华　尹军

[摘 要] 设计一种基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统，能够自动、高效、精确地实时采集和记录人体脉搏参数。监测系统采用下位机和上位机方案，以单片机为核心测量人体脉搏。该系统采用脉搏传感器将所采集的信号进行放大、滤波、电压抬升等处理，通过CH341T与PC端USB接口相连，实现了单片机和上位机之间通讯并将处理后的数据传至上位机进行分析。上位机基于LabVIEW开发平台实现了用户管理登陆、脉搏波滤波、消除基线漂移、特征识别、打印报告等功能，其特征参数可有效地反映身体功能。

[关键词] 脉搏波；用户管理；消除基线漂移；特征参数

中图分类号：R331 文献标识码：A 文章编号：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

脈搏波信号是身体生理状况的重要信号之一，其特征参数可有效地反映身体的各项指标和功能。脉搏波是心脏搏动（振动）产生的波沿动脉血管和血流向外周传播而形成，除了受到心脏本身影响外[1]，还受到流经各级动脉及分支中各种生理因素影响，如动脉的弹性、血液黏性、血液密度性和血管阻力等[2-4]，使得脉搏波中包含有极丰富的心血管系统生理和病理特征[4-5]，通过对脉搏波信号波形、波幅、速率和节律等方面分析可以有效地估算出心输出量、血管阻力、血管壁弹性和血液黏性等。但是脉搏波信号随机性强、信噪比低且在采集过程中易受到工频干扰，因呼吸及和皮肤接触时压力不同而产生基线漂移会对信号识别和分析造成重要的影响。基于以上原因，本研究基于LabVIEW设计的脉搏波分析监测系统，实现了用户管理登陆、脉搏波滤波、消除基线漂移、特征识别等功能。

1 总体设计方案

基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统采用下位机和上位机方案，以单片机测量脉搏并结合LabVIEW开发平台采集与管理脉搏波数据，该系统能够自动、高效、精确地实时采集记录人体脉搏参数进行分析处理。

硬件组成主要包括脉搏波测量模块、电源模块和通讯模块三个部分。HK-2000B型脉搏传感器将输出信号进行放大、滤波、模数转换等处理，并通过USB接口将数据传至上位机，上位机通过LabVIEW软件对采集的信号进行处理。RX、TX通过CH341T与PC端USB接口相连，以达到单片机与上位机间通讯。

2 硬件设计

2.1 脉搏波检测电路

HK-2000B型医用脉搏传感器采用高度集成化工艺，将PVDF压电薄膜、灵敏度温度补偿元件、温漂修正单元集成在传感器内部[6]，具有灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。

传感器所采集到的脉搏信号较弱，电压值相对较小，这就要求前置级具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，以便降低信号源的影响，增强信号的拾取能力，该系统通过电压跟随器和同相比例放大器将信号放大到适当的范围。传感器输出的脉搏信号频率较低，容易受50Hz工频干扰和肌体抖动、精神紧张带来的假象信号等干扰[7-9]，该系统采用硬件低通滤波电路实现降噪，脉搏波检测电路如图1所示。

2.2 串口通讯电路

脉搏波分析监测系统选用USB接口进行通讯，并通过CH341T芯片完成USB接口转换串口。CH341T成本低，使用灵活，内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。采用CH341T支持的9600bps通讯波特率，使得串口发送信号的波特率误差小于0.3%，而串口接收信号的允许波特率误差不小于2%，提高了通讯速率。串口通讯电路如图2所示。

3 LabVIEW程序设计

3.1 用户登录程序编写

用户管理登陆程序采用LabVIEW Database模块和Access数据库实现。用户管理登陆程序分为管理员登陆和用户登陆，用户登陆直接进入数据采集界面进行数据采集分析与处理，管理员登陆可以进行用户管理。用户登录采用Database模块实现与Access数据库的连接，用户管理登陆程序框图，如图3所示。

管理员登陆可以实现用户的增加和删减。程序通过DB Tools Open Connection VI和DB Tools Select Data VI打开由Access数据库编写用户信息.udl的路径连接，并选择数据库中的用户名、密码和权限对应内容，将其中内容由变体转换为数据显示于表格控件中。当点击新增用户或删除用户时，其相应的布尔值改变时，触发对应的事件结構，通过标准对话框，提醒管理员输入需要添加或者删除的用户，将输入字符串格式化之后，通过DB Tools Execute Query VI写入Access数据库，并刷新界面实现所需功能。新增、删除用户程序框图，如图4所示。

3.2 用户信息存储及打印

用户点击信息存储，通过选项卡控件，系统自动跳转至用户信息存储界面，数据存储则采用事件结构触发，通过连接字符串将姓名、性别、体重、身高、年龄等通过Word Easy Text VI布局过后，利用保存报表至文件VI写入报表中并保存。数据存储程序框图，如图5所示。

4 数据处理与讨论

为了得到有效的脉搏波信号，需去除基线漂移[11]，本文利用脉搏波波谷的相对位置提取基线，采用波峰检测VI进行特征识别，识别脉搏波波谷，再利用斜坡信号VI按照线性方式生成斜坡信号，用于插值拟合。使序列t表示斜坡信号，对于斜坡信号（按采样）采用线性生成依据公式（1）生成信号。

其中i=0，1，2，…，n–1，t0是本次处理数据的起始位置，△t为采样时间间隔，ti本次处理数据的结束位置。

最后选用一维插值VI以脉搏波波谷和斜坡函数生成的斜坡信号为定点，进行样条插值拟合，利用脉搏波在各点时间上的采样值与漂移基线做差值，则能获得去除基线漂移过后的脉搏波信号，再次利用波峰检测VI对脉搏波进行特征识别即可得到较为准确的波峰波谷。数据处理程序框图，如图6所示。

用户登录后直接进入数据采集界面，数据采集点分别为右手腕、左手臂、左手腕、右手臂，进入数据采集处理系统后，程序自动初始化设置，当识别探测器传输的脉搏波信号时，探测器对应连接指示灯变为绿色，反之红色闪烁报警，程序根据探测器采集脉搏波数量进行自动界面布局，图7（a）、图7（b）中所示为两路脉搏波信号图。

5 小结

基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统能够实现测试者脉搏参数的自动测量，并能根据要求生成相应的报告。此外，将采集到的脉搏波信号进行分析与处理后，其特征参数可有效地反映和了解身体的各项指标和功能。

参 考 文 献

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