基于LabVIEW的脉搏测量仪设计

李亚妹，周云

（重庆机电职业技术大学，重庆，402760）

0 前言

在人体的众多信息中，脉搏波包含许多重要的生理和病理信息,尤其是与人体心血管系统相关的信息[1]。随着对心血管病变研究的逐渐深入，我们发现血管壁的病变是心血管事件发生的基础。在众多检测脉搏波的方法中，可以采用脉搏波速度（PWV）测定法来观察动脉壁的扩张性和硬度[2]，因此需要利用合适的方式方法采集有效的脉搏波信号，并且后续对其进行合理的信号处理以及相关参数的计算分析，从而实现心血管疾病的监测和预防。

本设计在完成体温脉搏测量仪基本硬件设计的基础上，利用合泰单片机进行系统的软件设计，并采用LabVIEW软件进行上位机设计，本文所设计的家用式体温脉搏测量仪主要特点包括以下几点：（1）脉搏、温度数据的自动采集和存储；（2）基于LabVIEW软件开发的上位机应用程序能进行人体参数采集、显示和存储等良好的人机交互界面；（3）根据测量结果输出相应的电子或纸质文档，方便医护人员保存，并为后期临床诊断提供可靠的数据；（4）基于电池或者USB供电的设计方便随身携带和实时实地的检测。

1 脉搏测量仪软件设计

1.1 系统主程序流程

系统主程序流程图如图1所示。开机后，系统进行初始化，包括获取AD初始化，端口初始化，串口中断初始化等。系统进入工作状态，这时可选择进行脉搏测量还是体温测量。根据选择情况，进入相应模块进行相应的运算处理，测试结果通过USB口传输到上位机中，在上位机中显示出相应的波形和数据。

图1 系统主程序流程图所示

1.2 定时器中断设计

为了准确的控制采样时间，需要采用定时器中断来控制AD进行采样。定时器流程图如图2所示，设置定时器初始值，然后启动定时器，当程序设定的定时时间到时，开始进行A/D采样。通过这样的方式控制采样的时间，以保证可以实时、准确的采集信号，并将信号及时送入单片机进行处理，得到相对精准的脉搏和温度信号处理结果，提高测量仪准确度和稳定性。

图2 定时器流程图

1.3 基于LabVIEW的上位机设计

使用传统的程序设计语言开发仪器系统存在许多困难，开发者不仅要关心程序流程，还必须考虑用户界面、数据同步、数据表达等复杂的问题，这些问题在LabVIEW[3]中都迎刃而解。LabVIEW的应用在医学信号采集系统开发中具有开发周期短、操作简单、界面友好、使用灵活等特点。

体温脉搏测量仪采用进行医学信号采集，方案灵活、快捷。体温、脉搏信号测量、处理之后再LabVIEW上通过数据和波形直观的显示出来，方便用户使用和参考。主要包括界面、体温测试界面、脉搏信号采集界面和脉搏信号分析界面。在脉搏信号检测方面，经过硬件处理可得到完整性较好、基线稳定、振幅适中的脉搏波形。测量仪利用压力传感器同时测量人的手腕动脉和颈动脉两个不同的脉搏波，将数据传送给PC机，可清晰得观察到两路脉搏波波形的特征点。通过分析两组波形相邻波峰的时间差t，然后分别测量出心脏到手腕测量点的距离La和心脏到颈动脉测量点的距离Lb，脉搏波波速PWV[4]写为：

PWV=（Lb-La）/t

由于血液是含在弹性管道[5]（动脉血管）中的不可压缩的液体，能量的传播主要是发生在动脉壁上而不是通过血液进行，因此动脉壁的性质、厚度和动脉腔径是影响脉搏波传导速度（PWV）的主要因素。根据PWV可以知道管壁弹性情况。若血管出现了弹性硬化现象，则血流的速度会加快。硬化的程度越高，速度越快。

该测量仪经过计算后，得到PWV值，生成相应的脉搏波波速测量报告，输出电子或纸质文档，供用户或医护人员保存和参考。

2 测试结论和应用前景展望

对家用式体温脉搏测量仪主要功能进行测试。将脉搏传感器分别绑在颈动脉和手腕动脉上，测试脉搏波输出信号，测试结果如下图3、图4所示。

图3 脉搏波波速测量图

图4 脉搏波分析效果图

测试体温测量模块，将PT1000进行外部加热，可以看到上位机显示如下图5所示。

图5 体温测试图

根据测试结果，可以看出家用式体温脉搏测量仪功能效果满足设计要求，与期望效果一致。综上所述本测量仪能够实现测试者体温，脉搏的参数自动测量，并能根据要求生成相应的报告。测量仪操作方便，也具有较高的测量精度和准度。人的脉搏波与人的身体机能好坏是密切相关，使用测量仪可以对心血管疾病进行初步的自身干预，提醒人们在依赖医院检查之外，可以加强对自身的疾病管理，加强预防心脑血管疾病的力度，具有较强的实用价值。本文设计的体温脉搏测量仪具有价格低、操作方便、测量直观、体积小等优点，大大节约检测的人力和物力成本，具有传统测量方法不可比拟的优势，非常适用于家庭适用和社区医疗服务，具有一定的现实意义和应用前景。