CN201422873Y - 一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，属于生物医学工程的人体参数检测领域。本系统包括光电传感器、CPU、脉冲供电电路、信号放大滤波电路、基线调节电路，数控增益电路、蓝牙通讯电路、电源管理电路和移动设备。脉冲供电电路用来为光电传感器提供脉冲电压。信号首先经过信号放大滤波电路进行信号处理，再通过基线调节电路后经过数控增益电路，最后经A/D转换器后将数字信号传入CPU。蓝牙模块与CPU相连，并与移动设备进行无线通讯。电源管理电路为移动设备以外的所有元器件提供所需的电压。本系统操作简单，携带方便，实用性强，可广泛用于心血管功能检测和分析。
Description
技术领域
本实用新型是一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，本系统将医学检测、无线通讯技术与移动设备相结合，可广泛应用于心血管功能检测、监护和分析，属于生物医学工程的人体参数检测领域。
背景技术
心血管疾病已经成为全球范围内危害人类健康并导致死亡的最严重疾病之一。运用先进的科学技术手段，对人体心血管系统功能进行检测，及早发现病情，并准确做出诊断具有重要的现实意义。
目前，国内外无创检测心血管血流动力学参数的设备主要有：超声心动图法、心阻抗法、螺旋CT、心脏核医学方法、磁共振方法等，但这些方法存在着体积大、操作复杂、价格昂贵、检测环境要求严格等缺点。心血管无创血流动力学参数的研究和临床检测已经进行了相当长的时间，根据血流动力学原理无创检测心血管血流动力学的十几项参数，检测结果通过与漂浮导管、超声心动图检测方法对比，具有较好的相关性。检测得到的参数能够较为全面的反映人体心血管的功能，而且检测方法具有实时、无创、快速便捷等特点。1938年，Hertzman首次提出了光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)，是借光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。指端的微动脉、毛细血管和微静脉内流过的血液容积变化，可以反映出心搏功能、血液流动、外周血管和微循环等诸多心血管的重要信息。由于光电容积脉搏波描记法并不需要复杂而昂贵的仪器设备，光能避开强烈的电磁干扰，具有很高的绝缘性，可非侵入地检测病人各种症状信息，光电容积脉搏波描记法成为检测方式中前景较好的一种检测技术。目前，利用这一方法一般多用来检测血氧、脑氧、肌氧、呼吸率和呼吸容量等。20世纪90年代前后，国内外研究人员开始将容积脉搏波的机理研究与压力脉搏波理论结合起来，认为由压力脉搏波的特性去导出和分析容积脉搏波的血流特性就成为比较直观和有效的方法，它们两者的关系将构成心血管系统的外周阻力与血管顺应性等关键的心血管血流参数。
在检测领域，目前市场上的生命参数采集系统大多是采用串口、USB接口等有线方式进行前端的数据传输，限制了传输距离和用户活动空间。虽有远程心电监护仪等相关报道，但大多数仍停留在单一的数据采集模式，且大部分基于PC机或使用交流供电，不便于携带。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了现有检测装置的上述缺陷，提供了一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，该系统为将移动设备与医疗仪器相结合的心血管功能检测系统，可以让专业的检测家庭化、个人化，起到疾病的预防和预警作用。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本系统包括光电传感器、CPU中央处理器、脉冲供电电路、信号放大滤波电路、基线调节电路、数控增益电路、蓝牙通讯电路、电源管理电路和移动设备。
光电传感器的输出端依次与信号放大滤波电路、基线调节电路、数控增益电路、A/D转换器和CPU相连，由光电传感器采集到的电信号首先经过信号放大滤波电路进行信号处理由光电传感器采集到的电信号首先经过信号放大滤波电路进行信号处理，再通过基线调节电路调整直流分量的电压，最后经过数控增益电路进行放大，放大后的信号经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后储存在CPU中。
CPU通过蓝牙通讯电路与移动设备相连，CPU实时将存储的数字信号(容积脉搏波波形数据)通过蓝牙通讯电路发送给移动设备，并接收移动设备传来的指令，其数据的发送和接收过程受CPU控制。
CPU通过脉冲供电电路与光电传感器相连，脉冲供电电路在CPU的控制下为光电传感器提供脉冲电压。
CPU通过D/A转换器与基线调节电路相连，CPU根据已传入的数据，计算基线调节的数量大小，由D/A转换器将数字量转换为模拟信号输出给基线调节电路，从而调整直流分量的电压。
CPU通过数控电位器与数控增益电路相连，由CPU控制数控增益电路放大倍数的增加或减少，CPU调节数控电位器的阻值，进而控制数控增益电路的放大倍数。信号经过A/D转换器后将数字信号传入CPU，并将数字信号储存在CPU中；
电源管理电路与电路中其它所有元件和电路相连，提供所需的电压，同时，电池电量受CPU的监控，以便在电量不足时向用户提示。移动设备通过蓝牙模块与采集设备进行无线连接，可实时通讯，并对容积脉搏波信号的计算，得出检测结果，以及对数据的存储和管理。
与现有装置相比，本实用新型具有以下优点：
1)通过指端容积脉搏波检测方式代替过去对位置和压力要求较高的桡动脉脉搏波检测，检测方式更为简单；
2)使用蓝牙技术，将检测设备与智能手机进行无线连接，把信号传送至智能手机，摆脱了有线传输的约束，用户在检测时有更大的活动空间。同时，在移动设备上开发心血管功能状态评价系统，可以及时对采集到的数据进行计算、分析和评价；利用数据库技术，可以将个人信息和检测结果存档，有助于长期观察心血管功能的变化情况。通过移动设备的无线通信功能，与区域数据中心进行信息交互，支持远程会诊、病例追踪、提供社区医疗增值服务；医疗机构的数据中心通过汇总大量的病例数据，可以进行相关的数据挖掘和统计工作。这就为用户提供了一个随时随地进行心血管功能检测的全面的系统，也为日后的相关研究和服务奠定了良好的基础。
附图说明
图1本实用新型的结构框图；
具体实施方式
下面结合图1对本实用新型作进一步的说明：
如图1所示，本实施例包括光电传感器、CPU中央处理器、脉冲供电电路、信号滤波放大电路、基线调节电路，数控增益电路、蓝牙通讯电路、电源管理电路和移动设备。本实施例中脉冲供电电路分别与光电传感器和CPU中央处理器相连，脉冲供电电路用来为光电传感器提供脉冲电压，由CPU控制脉冲供电电路的开关，从而控制光电传感器开始或停止工作。信号滤波放大电路分别与传感器和基线调节电路相连，由光电传感器采集到的电信号首先经过信号放大滤波电路进行信号处理。再通过基线调节电路，调整直流分量的电压，CPU根据已传入的数据，计算基线调节的数量大小，由D/A转换器将数字量转换为模拟信号输出给基线调节电路。最后经过数控增益电路，由CPU控制其放大倍数的增加或减少，通过I/O口调节数控电位器的阻值。信号最后经过A/D转换器后将数字信号传入CPU，并将数字信号储存在CPU中。蓝牙模块与CPU相连，并与移动设备进行无线通讯，实时将容积脉搏波波形数据发送给移动设备，并同时接收移动设备传来的指令，其数据的发送和接收过程受CPU控制。电源管理电路为移动设备以外的所有元器件提供所需的电压，它包括两节镍氢或碱性电池和电压转换电路，电池电量受CPU的监控，以便在电量不足时向用户提示。移动设备用来与采集设备实时通讯，以及对容积脉搏波信号的计算，得出检测结果，以及对数据的存储和管理。
本实施例中CPU中央处理器选用的是单片机(AVR或51系列)，通过其各端口的输入输出信号控制其它各电路工作。
本实施例中脉冲供电电路由场效应管及其外围电路组成，CPU的I/O口控制场效应管的导通和关闭，从而实现对传感器的开关控制。
本实施例中信号放大电路主要由前置放大器由仪表放大器及外围电阻组成。
本实施例中信号滤波电路由二阶巴特沃斯低通滤波器及其电路组成，包括运算放大器和RC反馈网络。
本实施例中基线调节电路由运算放大器与CPU连接组成，CPU的D/A输出可调节基线电压。
本实施例中数控增益电路由数控电位器和运算放大器与CPU连接组成，CPU的I/O端口分别与数控电位器的各控制端相连，包括片选，发送脉冲，幅度变化方向控制。电位器与运算放大器组成了反馈电路。信号的最后输出连接到A/D转换器进行模数转换。
本实施例中蓝牙通讯电路由蓝牙模块及其外围电路与CPU连接组成。由CPU控制蓝牙模块与移动设备间数据的收发以及对其工作状态的监测。
本实施例中电源管理电路由电压转换芯片及其外围电路组成，将两节镍氢电池或碱性电池电压升高至3.3V，为电路中其它元器件供电。
本实施例中移动设备必须支持蓝牙接口，并可以安装检测软件。例如智能手机、PDA等。
本实施例在检测时，先将移动设备与采集器建立蓝牙连接，同时，只需要将人体的食指或中指放入光电传感器中；待移动设备启动采集后即可实时采集容积脉搏波信号，并在移动设备上进行数据分析。本实用新型携带方便，操作简单，实用性强。
Claims (3)
1、一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，包括光电传感器、CPU、脉冲供电电路、信号放大滤波电路、基线调节电路、D/A转换器、数控增益电路、A/D转换器、蓝牙通讯电路、电源管理电路和移动设备；其中：
光电传感器的输出端依次与信号放大滤波电路、基线调节电路、数控增益电路、A/D转换器和CPU相连，由光电传感器采集到的电信号首先经过信号放大滤波电路进行信号处理，再通过基线调节电路调整直流分量的电压，最后经过数控增益电路进行放大，放大后的信号经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后储存在CPU中；CPU通过蓝牙通讯电路与移动设备相连，CPU将存储的数字信号通过蓝牙通讯电路发送给移动设备，并接收移动设备传来的指令；
CPU通过脉冲供电电路与光电传感器相连，脉冲供电电路在CPU的控制下为光电传感器提供脉冲电压；
CPU通过D/A转换器与基线调节电路相连，CPU根据已传入的数据，计算基线调节的数量大小，由D/A转换器将数字量转换为模拟信号输出给基线调节电路；
CPU通过数控电位器与数控增益电路相连，CPU调节数控电位器的阻值，进而控制数控增益电路的放大倍数；
电源管理电路与上述所有电路相连，为其提供所需的电压；
CPU与电源管理电路相连，CPU监控其电池电量。
2、根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，其特征在于：所述的CPU中央处理器为51系列或AVR系列单片机。
3、根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的容积脉搏波信号采集系统，其特征在于：所述的移动设备为支持蓝牙接口，并安装有检测软件的智能手机。
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|---|---|---|---|---|
| CN104622444A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-20 | 中国科学院电子学研究所 | 一种多光电传感模块腕式监测系统 |
| CN106527557A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-22 | 上海中嘉衡泰医疗科技有限公司 | 一种软件控制的基线调节电路 |
| CN108618772A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-09 | 北京小汤山医院 | 一种心肺运动试验中实时连续动态血压监测系统 |
| CN114674727A (zh) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 深圳市帝迈生物技术有限公司 | 一种光学检测电路和样本检测装置 |
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