电子脉搏检测系统设计

王博 晋沅蓉 北方民族大学计算机科学与工程学院

引言

目前医学界在中医脉诊计算机辅助分析这一领域中认可度较高的一种方法是通过传感器进行脉搏波的检测，并在时域或频域中提取出脉搏特征数据，根据这些脉搏特征对患者病情进行判断。脉图特征提取的主要方法有时域分析法与频域分析法。其中最为直观也最为当前传统中医界所认可的方法为时域分析法。

1 系统方案设计

对脉搏进行时域分析主要方法是对时域波形进行对比。目前在脉搏检测方面应用最广的主要为光电传感器，其中又分为透射式与反射式两种。使用这种传感器显然无法满足传统中医要求的必须在手腕桡动脉处诊脉以获取脉搏的沉浮度和搏动力度的原则。本系统以薄膜压力传感器采集患者脉象，操作者使用传统中医提出的“三部九侯”切脉手法对受测者“寸、关、尺”三部进行按压测量，在上位机软件中对脉象数据进行处理最终以图形化的方式将患者脉搏特征以图形化的方式显示。研究人员可以通过该特征波形对患者的脉象进行判断并有效地分析患者病情。

2 系统硬件设计

硬件系统的核心控制芯片为stm32f103zet6，在嵌入式单片机内将采集到的信息打包并通过2.4G 无线传输协议发送到PC 端。脉象数据在上位机中处理并进行分解与图形化显示。系统框图如图1所示：

图1 硬件系统框图

脉象采集设备的程序主要用于控制芯片读取传感器进行数据的采集，并在采集完成后将数据打包发送到上位机。

2.1 信号采集

原始的脉象数据使用一种柔性薄膜压力传感器采集，系统使用OPA353 运放芯片组成一个同比例放大电路对信号进行放大并输入控制器。

压力采集的传感器使用rfp-602 超薄微型高灵敏薄膜压力传感器，该传感器厚度仅为0.2 毫米，压力测量的量程为0~100g。传感器的敏感区为直径8mm 圆形，略小于人手指腹面积，便于操作者按压采集患者脉搏数据。

3 软件系统设计

检测方法为定时采样，嵌入式单片机每隔20ms 发出一次数据采集指令并将本次的测量结果上传，每一个离散点为本次检测得到的脉搏压力值，单位为N。

上位机检测到有数据发送到后立即读取，当采集时间达到预设值后对数据进行初步消噪，然后对脉搏数据进行fft 变换滤波消噪。连接所有的离散点可以得到脉搏波形图。

使用本系统采集受测者的脉搏数据得到的数据如下图所示：

图2 实测数据

4 结语

本文设计了一套用于检测脉象信号的设备。经过多次实验证明使用此系统可以稳定地实现对脉象信息的有效采集。通过本系统采集患者脉象信息并输出的脉象时域特征特征图可以帮助医生有效地辨别患者脉象。