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左、右心系统非接触检测方法及其传感器设计

作　者: 周杰
导　师: 张珣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 脉象非接触检测激光三角法信号处理传感器
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
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内容摘要

心血管疾病严重危害人类健康,已成为21世纪人类死亡的首要病因。其病情发展缓慢、成因复杂、脏器功能关联性较强,仅从单一的心电图或血压计等检测难以获取全面的信息,因此针对心血管系统进行无创、实时、连续和全面的检测,对预防心血管疾病有着至关重要的作用。中医学认为脉象信号蕴含了丰富的生理和病理信息,心、脉是形成脉象的主要器官,气、血是形成脉象的物质基础。在发展较为成熟的心电、心音检测技术基础上,通过对动脉波和静脉波的同步检测,深入研究脉象信号的形成机理和特征规律,检测分析心功能和心血管生理状况,必将成为一种诊断心血管疾病的有效手段。传统的脉象检测技术手段较为单一,主要采用接触式的压力传感器,虽已取得较好的效果,但这种接触式检测方法也存在一些不可避免的缺陷,如:传感器对人体信号的原始性和自然性有一定的影响对脉象存在干扰,同时其应用也存在许多不便性。本论文以血流动力学和循环生理学作为医学理论基础结合“脉图法”,分析了脉象信号的形成机理,提出利用激光对脉象信号进行非接触检测的方法,以拾取人体动脉波和静脉波作为研究对象,对脉象的新的检测方法进行探索性研究。“脉象振动觉”理论提出脉象振动是脉搏波及其谐波分量存在的客观表现形式,脉搏波是脉象振动的物质基础,本论文根据脉象振动觉特性将脉象信号作为携带生理信号的特殊振动,进行非接触检测。然后对光三角法检测原理进行了详细的阐述,同时对基于非接触测量的原理对脉象传感器进行分析。文中介绍了检测系统组成模块的工作原理,论证了提取脉象信号的可行性。在此基础上,选用对人体组织没有辐射伤害且透射性强的小功率激光作为检测光源,设计了较为实用的非接触监测传感器,其中针对脉象信号幅值微弱、频率较低的特点,设计了高信噪比的放大电路,同时对信号进行滤波和抑制工频干扰处理,提升了原始信号的质量。在DSP实验平台上以TMS320VC5502芯片为核心设计了具备电源管理模块、采集模块、存储模块的最小系统,完成对信号的A/D转换、采集和存储。最后设计了实验验证装置,针对前面的设计进行了多次实验,调试结果表明,本系统达到了预期的目标,与传统检测相比非接触检测更具安全性和便捷性,具有非常广阔的临床运用前景和重要的现实意义。为了进一步完善系统和提高性能,本论文提出了其后续设计和研究的一些建议。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究背景  10
  1.2 无创脉搏检测现状  10-11
  1.3 主要研究内容和创新点  11-12
    1.3.1 论文研究内容  11-12
    1.3.2 研究的创新性  12
  1.4 论文具体结构安排  12-14
第2章脉象分析及医学理论基础  14-19
  2.1 心动周期与体肺循环  14-16
  2.2 血流动力学  16
  2.3 脉搏形成机理  16-17
  2.4 脉搏理想检测点  17-18
  2.5 本章小结  18-19
第3章脉象非接触检测原理  19-24
  3.1 传统脉象检测技术  19-21
    3.1.1 压力脉搏传感器  19-20
    3.1.2 光电脉搏传感器  20-21
    3.1.3 传声器  21
    3.1.4 多普勒检测技术  21
  3.2 非接触检测技术概述  21-23
  3.3 本章小结  23-24
第4章激光三角法检测系统  24-35
  4.1 脉象非接触检测原理  24-30
    4.1.1 三角法检测原理  25-26
    4.1.2 三角法的Scheimpflug 原理  26-29
    4.1.3 位移的提取  29-30
  4.2 三角检测系统组成  30-34
    4.2.1 光源的选择  30-31
    4.2.2 光电检测器  31-34
  4.3 本章小结  34-35
第5章脉象信号的分析与处理  35-43
  5.1 前置放大电路的设计  36-37
  5.2 低通滤波器的设计  37-39
  5.3 50Hz 陷波器的设计  39-41
  5.4 后级放大电路的设计  41-42
  5.5 本章小结  42-43
第6章脉象信号的数字化处理  43-60
  6.1 TMS320VC5502 体系结构和硬件设计  44-50
    6.1.1 ICETEK-VC5502-A 评估板技术指标  44
    6.1.2 TMS320VC5502 存储空间和评估板的存储器映射  44-46
    6.1.3 TMS320VC5502 存储模块设计  46-48
    6.1.4 TMS320VC5502 模数转换模块设计  48-50
  6.2 DSP 系统的软件设计和仿真  50-59
    6.2.1 CCS 开发环境  50-53
    6.2.2 DSP 初始化  53-54
    6.2.3 脉象信号采集  54-59
  6.3 本章小结  59-60
第7章系统调试结果与总结  60-62
  7.1 系统调试结果分析  60-61
  7.2 总结与展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录  66

左、右心系统非接触检测方法及其传感器设计

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