一種虛擬信號采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涉及虛擬脈搏信號采集方法，尤其是一種基于虛擬儀器技術(shù)的脈搏信號采集方法，屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]脈搏信號具有如下具體特點(diǎn):(I)強(qiáng)干擾下的微弱信號，由于脈搏信號幅度很小，大約是μν到mV的數(shù)量級范圍。因此，極容易引入干擾，這些干擾有來自50Hz的工頻干擾，有來自肌體抖動(dòng)、精神緊張帶來的假象信號等。(2)頻率低但能量相對集中的信號，人體的脈搏頻率非常低，約為0.5?10Hz，一般情況下為IHz左右，脈搏信號可看成一個(gè)準(zhǔn)直流信號，也可看成是一個(gè)甚低頻交變信號。根據(jù)脈搏功率譜能量分析，健康人脈搏能量絕大多數(shù)分布于I?5Hz，而病人脈搏在IHz以下和較高頻段(如5Hz以上或1Hz以上)仍有相當(dāng)一部分的能量分布。(3)復(fù)雜且易變的隨機(jī)信號，脈搏信號因人體生理、病理、心理的不同而不同，又受環(huán)境、時(shí)間、氣候的影響，表現(xiàn)出同一個(gè)人在不同的時(shí)間、地點(diǎn)有不同的脈象，有時(shí)也會(huì)有不同的疾病表現(xiàn)出相同的脈象。由于脈搏信號的復(fù)雜性和變異性，一方面使得我們較難直接從觀測結(jié)果中總結(jié)信號的特性和規(guī)律；另一方面，在有些情況下，有意義的信息恰恰蘊(yùn)含在變異性之中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于虛擬儀器技術(shù)的脈搏信號采集方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種虛擬信號采集方法，包括步驟如下:
(1)、在測量位置手臂上設(shè)置有激勵(lì)電極E1、激勵(lì)電極E4、測量電極E2和測量電極E3，激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4間距離設(shè)置為15cm，通過激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4給人體輸入10KHz,0.5-0.8mA的載波，此時(shí)人體脈搏信號被調(diào)制在激勵(lì)信號中，輸出信號為調(diào)幅波；
(2)、將此調(diào)幅波通過測量電極E2和測量電極E3輸入給脈搏信號調(diào)理電路，進(jìn)行模擬解調(diào)，濾除高頻載波，便可得到脈搏波；
(3)、同時(shí)對調(diào)理電路中的模擬解調(diào)前的采樣點(diǎn)進(jìn)行高速采樣，經(jīng)串口與LabVIEW軟件通信，利用軟件對信號進(jìn)行解調(diào)、信號處理、特征值提取、波形顯示、回歸分析操作。
[0005]其中，所述的LabVIEW軟件通過串口與MCU控制器相連接，采用光耦6N137將計(jì)算機(jī)的地與MCU控制器的地進(jìn)行隔離。
[0006]優(yōu)選的，所述載波電流為0.6mA。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明直接從傳感器上采集到未經(jīng)放大的原始信號，可以看見模糊的脈搏信號，但存在大量的干擾，很難分析出脈搏信號的好壞。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)分析生物電信號，能有效降低信號處理的復(fù)雜性和困難度，從根本上解決上述問題，使脈搏信號的處理分析變得更加方便和簡單。鑒于LabVIEW的強(qiáng)大數(shù)字信號處理及數(shù)學(xué)分析功能，為節(jié)省開發(fā)時(shí)間，提高開發(fā)效率，采用LabVIEW編寫軟件應(yīng)用程序，開發(fā)基于LabVIEW的脈搏信號檢測與分析系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明。
[0009]本實(shí)施例的基于虛擬儀器技術(shù)的脈搏信號采集方法，包括步驟如下:
(1)、在測量位置手臂上設(shè)置有激勵(lì)電極E1、激勵(lì)電極E4、測量電極E2和測量電極E3，激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4間距離設(shè)置為15cm，通過激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4給人體輸入10KHz,0.5-0.8mA的載波，優(yōu)選的0.6mA，在此高頻信號的激勵(lì)下，人體等效阻抗約為200歐姆左右，此時(shí)人體脈搏信號被調(diào)制在激勵(lì)信號中，輸出信號為調(diào)幅波；
(2)、相對于脈搏信號而言，載波信號的振蕩頻率為高頻信號，將此調(diào)幅波通過測量電極E2和測量電極E3輸入給脈搏信號調(diào)理電路，進(jìn)行模擬解調(diào)，濾除高頻載波，便可得到脈搏波；
(3)、同時(shí)對調(diào)理電路中的模擬解調(diào)前的采樣點(diǎn)進(jìn)行高速采樣，經(jīng)串口與LabVIEW軟件通信，利用軟件對信號進(jìn)行解調(diào)、信號處理、特征值提取、波形顯示、回歸分析操作。
[0010]為有效的排除外界干擾，減少模擬電路處理信號帶來的信號失真，盡可能的再現(xiàn)真實(shí)的脈搏信號，進(jìn)而研究影響人體脈搏信號的各種因素，我們應(yīng)用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件應(yīng)用程序，應(yīng)用程序通過串口與硬件進(jìn)行通信，并且考慮到計(jì)算機(jī)的干擾較大，采用光耦6N137將計(jì)算機(jī)的地與單片機(jī)的地進(jìn)行隔離，防止計(jì)算機(jī)地線上的噪聲耦合信號調(diào)理電路，降低模擬電路的噪聲，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性能。
[0011]通過串口接收到的數(shù)據(jù)，對調(diào)幅波進(jìn)行同步解調(diào)，為盡可能不失真的還原波形，采用最大平坦型巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波處理，利用峰值檢測、微分處理等方法提取波形特征信息，通過波形實(shí)時(shí)顯示模塊進(jìn)行顯示，模塊中還可以顯示心率，并且當(dāng)心率不在正常范圍時(shí)報(bào)警提示，可以選擇將該波形數(shù)據(jù)存儲，進(jìn)行后續(xù)處理分析。在人體情緒上有波動(dòng)或肢體上的微小動(dòng)作會(huì)對信號產(chǎn)生較大影響，需要待被測試者進(jìn)入身心平靜狀態(tài)后測量才比較準(zhǔn)確。
[0012]LabVIEff的數(shù)學(xué)庫及信號處理庫中提供了各種數(shù)學(xué)處理、信號分析工具(能夠完成復(fù)雜的數(shù)值分析、數(shù)學(xué)計(jì)算及信號處理等功能，用戶可以自定義各種復(fù)雜的算法，而傳統(tǒng)儀器不具有這樣的特性，針對性不強(qiáng)，并且開發(fā)傳統(tǒng)儀器的周期及成本較高，虛擬儀器可自定義的特點(diǎn)很好的解決上述存在的問題。
[0013]回歸分析是處理變量之間相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)工具，它可以幫助人們從一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，分析變量間存在什么樣的關(guān)系，進(jìn)而建立這些變量間的回歸方程。系統(tǒng)應(yīng)用的最終目的是進(jìn)行人體健康信息檢測，采集數(shù)據(jù)到一定數(shù)量時(shí)，在結(jié)果分析模塊內(nèi)，可選擇自變量、因變量(主波強(qiáng)度、重搏波強(qiáng)度、主波與重搏波強(qiáng)度比、上升沿斜率)以及自變量的個(gè)數(shù)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中首先讀入測試數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)庫中“刪除超出區(qū)間數(shù)”工具剔除異常數(shù)據(jù)，根據(jù)需要配置“曲線擬合”面板，即可對擬合曲線進(jìn)行顯示，并給出回歸系數(shù)，建立回歸方程。通過積累一定量數(shù)據(jù)之后，總結(jié)各種因素對脈搏信號影響規(guī)律，研究正常人與患者(如高血壓患者)之間的波形差異，以及不同程度病情的患者波形演變規(guī)律。
[0014]心血管功能分析實(shí)際上是攝取人體動(dòng)脈血管的脈動(dòng)信息，它不僅收集到的是血管壁徑向伸縮的信息，更為本質(zhì)的是它反映了動(dòng)脈血管壁，容積和壓強(qiáng)的變化。每搏脈圖應(yīng)該認(rèn)為是一次心動(dòng)周期，它反映了從心房收縮，左室增壓、噴血，血管運(yùn)動(dòng)，左室舒張到充盈，直到主動(dòng)脈排空等一系列血流動(dòng)力學(xué)變化過程，脈搏傳感器所檢測的信號，實(shí)際是脈搏所產(chǎn)生的兩種運(yùn)動(dòng):即主動(dòng)脈內(nèi)的血液壓力波，以血液為介質(zhì)向遠(yuǎn)心端傳播；另一即為主動(dòng)脈的阻尼彈性振動(dòng)波，向遠(yuǎn)心端逐漸衰減到零。b-e-f-g-L波為動(dòng)脈內(nèi)血液壓力波呈壓力曲線。C-d-M-N波為動(dòng)脈壁彈性振動(dòng)波，呈阻尼曲線，脈搏波圖實(shí)際上是這兩波的合成。正確的脈圖應(yīng)能描繪這種合成波，且各特征點(diǎn)應(yīng)明晰。
[0015]控制系統(tǒng)即可按設(shè)定好的一系列計(jì)算公式來進(jìn)行定量分析、處理、計(jì)算，可得出諸如心搏出量，心輸出量，總血容量，左室有效栗力，左心噴血阻抗，主動(dòng)脈排空系數(shù)，肺動(dòng)脈楔壓，肺動(dòng)脈壓，血液粘度，血管順應(yīng)度，心肌血液灌注量，心肌耗氧量，微循環(huán)半更新率等心血管功能參數(shù)，并根據(jù)病情等信息給出專家診斷信息，某些指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。
需要說明的是，以上較佳實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，所作出各種變換或變型，均屬于本發(fā)明的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種虛擬信號采集方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: (1)、在測量位置手臂上設(shè)置有激勵(lì)電極E1、激勵(lì)電極E4、測量電極E2和測量電極E3，激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4間距離設(shè)置為15cm，通過激勵(lì)電極El和激勵(lì)電極E4給人體輸入10KHz,0.5-0.8mA的載波，此時(shí)人體脈搏信號被調(diào)制在激勵(lì)信號中，輸出信號為調(diào)幅波； (2)、將此調(diào)幅波通過測量電極E2和測量電極E3輸入給脈搏信號調(diào)理電路，進(jìn)行模擬解調(diào)，濾除高頻載波，便可得到脈搏波； (3)、同時(shí)對調(diào)理電路中的模擬解調(diào)前的采樣點(diǎn)進(jìn)行高速采樣，經(jīng)串口與LabVIEW軟件通信，利用軟件對信號進(jìn)行解調(diào)、信號處理、特征值提取、波形顯示、回歸分析操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬信號采集方法，其特征在于，所述的LabVIEW軟件通過串口與MCU控制器相連接，采用光耦6N137將計(jì)算機(jī)的地與MCU控制器的地進(jìn)行隔離。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬信號采集方法，其特征在于，所述載波電流為.0.6mA.
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種虛擬信號采集方法，包括步驟如下：(1)在測量位置手臂上設(shè)置有激勵(lì)電極E1、激勵(lì)電極E4、測量電極E2和測量電極E3，激勵(lì)電極E1和激勵(lì)電極E4間距離設(shè)置為15cm，通過激勵(lì)電極E1和激勵(lì)電極E4給人體輸入100kHz、0.5-0.8mA的載波，輸出信號為調(diào)幅波；(2)將此調(diào)幅波通過測量電極E2和測量電極E3輸入給脈搏信號調(diào)理電路，進(jìn)行模擬解調(diào)，濾除高頻載波，便可得到脈搏波；(3)同時(shí)對調(diào)理電路中的模擬解調(diào)前的采樣點(diǎn)進(jìn)行高速采樣，對信號進(jìn)行解調(diào)、信號處理、特征值提取、波形顯示、回歸分析操作。本發(fā)明有益的效果是：能有效降低信號處理的復(fù)雜性和困難度，使脈搏信號的處理分析變得更加方便和簡單。
【IPC分類】A61B5/02
【公開號】CN105078423
【申請?zhí)枴緾N201510480821
【發(fā)明人】施勇
【申請人】海門市明陽實(shí)業(yè)有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月8日