应用LabVIEW进行人体脉搏分析
基于LabVIEW的脉搏波信号分析系统设计
脉 搏信 号是 一 种 微 弱 的 非 平稳 信号 ，输 出 幅度 通 常在 几 十
脉 搏 波信 号 经 过 硬 件 调 理 电路 ，数 据 采 集 卡 采 集 的 、频 率 较 低 的 基 线 漂 移 信 号及
１ 脉 搏 波信 号 获 取 与 分析 光 电容 积 法 是 当今 脉 搏 测 量 的一 种 有 效 方 法 。其 原 理 是 根 据朗伯一 尔定律 ， 比 当恒 定 波 长 的 光 照 射 到 人 体 组 织 上 时 ， 过 通 人 体 组织 吸收 、反 射 衰减 后 测 量 得 到 的光 强 反 映 照 射 部 位 组 织
值 处 理技 术不 能 达 到 良好 的 效 果 。小 波 分 析 方 法 因 其 具 有 良好 的 表 征信 号 时域 和 频 域 特 征 的 局 部 特 性 ，能 够 将 微 弱 信 号 从 噪
声中提取出来。因此 ， Ｄ ｎｈ 在 ｏ ｏ ｏ提 出 的 软 阈值 基 础 上 ， 合 脉 结
关 键词 ： 虚拟 仪 器 ， 字 滤 波 器 ，ａ ＶＥ Ｍａｌｂ 数 Ｌ ｂ ＩＷ， ｔ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ
Ｔｈ ｔｓｉｇ ｉ ａｌ ｏｒｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓｇｎ ｓ ｎ ｆ ｈ ｐｕｌｅ— ｖ ｗｉ ｄｉｅ ｔ ｒ ｆ ｃ ｔｅ ｓ ｗａ ｅ ｌ ｒ ｃ ｌ ｅ ｌ ｔ ｈ ｂｏ ｓａ ｕ ． ｉ Ｉ ｌ ｙ ｅ ｄｙＳ ｔ ｔ ｓｉ ｓ ｍｐｏ￣ ｔｔ ｍ ｅ ｓ ｅ ｔ ｅ ｒ ｑｕ ｃ ｆ ｔ ａｎ ｏ ａ ｕｒ ｈ ｆｅ ｅｎ ｙ ｏ ｐｕｓ ｌｅ—ｗａ ｆ ｒ ｖｅ ｏ ｍｅ ｃ ｄｉ ｄｉａｌ ａｇｎ ｓｉ ｉ ｅｙ ｎ ｃ ｒｃ ｌ ｏｒ ｈ ｃｏ ｐｌｘｉ ｏ ｐｕｓ ｗａ ｉｔ ｒｅｒ ｃ ｓｉ ａｌ ｏ ｓ ｍ ｌ ａ ｄ ｏｒｅ ｔ Ｆ ｔｅ ｔ ｙ ｍ ｅ ｔ ｙ ｆ ｌｅ ｖｅ ｎｅ ｆ ｅｎ ｅ ｇｎ ， ｅｄ ｂａｓ ｏｎ ｈｅ ｔ
基于Labview的脉搏监测分析系统
2.1
利用传感器采集信号时可以考虑的手腕的脉搏跳动，考虑压力传感器，但是采集有 点麻烦；手指血液浓度随心脏跳动而产生的有规律的变化，考虑红外管传感；手腕脉搏 的跳动，同样考虑压力传感器，相对于胸部心脏的跳动微弱，但是采集方便。考虑到人 性化的问题，最后我们考虑选择后两个想法进行验证。
2.1.1方案一
1.2
利用HK-2000系列集成化脉搏传感器通过脉搏跳动来采集信号，通过VISA与串行
接口仪器通信，用Labview做核心处理部分，实时显示出脉搏信号波形，并将数据进行 分析和处理，得到人体脉搏跳动的幅值和频率。
2
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，主要提出了两种技术方案来 实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分 析比较它们的特点，然后阐述最终选择方案的原因。
LabVIEW通过VISA与串行接口仪器通信。VISA是应用于仪器编程的标准I/O应用程 序接口（API），它本身并不具有仪器编程能力，而是为用户提供了一套独立的可方便调 用的标准I/O底层函数。无论对于GPIB串口还是其他接口，用户只要调用这些标准函 数，则VISA就会根据实际接口类型自动调取相应的接口驱动程序例程，方便实现上层 应用程序与接口总线仪器的通信。在LabVIEW里使用VISA,必须安装NI-VISA程序包, 安装后，与串口通信相关的VISA函数位于Functions->ALL Functions->Instrument
基于LabVIEW的心音和脉搏信号融合采集系统的设计
本设计在可拆卸的原型面包板上搭建电路，使用
收稿日期：2018-07-29 稿件编号：201807162
NI ELVIE Oscillscope 的 CH0 和 CH1 两个通道，分别接
作者简介：陈培敏（1992—），男，江西上饶人，硕士。研究方向：信号处理。
-165-
《电子设计工程》2019 年第 9 期
号储存在文件夹中。
关键词：LabVIEW；融合采集；传感器；NI ELVIS
中图分类号：TN91019）09-0165-04
Design of heart sound and pulse signal fusion acquisition system based on LabVIEW
根据联合国老龄化社会标准，我国从 2000 年开 降趋势，实践证明开展心血管病预防是可以有效的
始 就 已 经 进 入 了 老 龄 化 社 会 ，据 统 计 ，从 2005 年 开 降低心血管病的发病和死亡[2]，因此，本文设计出一
始我国 60 岁以上的老年人口已达到 1.45 亿，占总人 套 基 于 LabVIEW 的 同 步 采 集 心 音 和 脉 搏 系 统 用 于
入 心 音 、脉 搏 传 感 器 ，实 现 心 音 和 脉 搏 信 号 的 采 集 。 通过 USB 接连 PC，实现心音和脉搏信号的传输。
图 1 NI ELVIS 实验平台上搭建的实物电路
1.2 心音采集模块 通 常 有 效 的 人 体 心 音 信 号 的 频 率 范 围 为 20~
180 Hz[4]，由 于 心 音 信 号 比 较 微 弱 ，以 及 周 围 环 境 的 干扰，常常会对采集产生很大的干扰，直接用麦克风 采集心音效果不是很好，为了较好的隔离干扰信号， 增 强 心 音 采 集 的 强 度 ，特 别 在 电 容 式 驻 极 体 麦 克 风 前 段 加 入 一 个 医 用 听 诊 器 合 金 听 头 ，该 合 金 听 头 带 有膜片，心音产生后也可以引起膜片振动，可以有效 放大心音信号，并且采用合金材料，可以有效隔离外 部杂音。所设计的心音采集模块如图 2 所示。
基于LabVIEW的脉搏检测系统设计
目录1 引言 01.1 脉搏的研究背景 01.2 选题意义 02 系统设计方案 02.1 实现的要求和功能 02.2 采集主控芯片方案 02.3 脉搏传感器的选择 (1)2.4 上位机实现方案 (2)3 硬件电路设计 (2)3.1 系统总框架 (2)3.2 单片机模块 (3) (3)3.2.2 单片机最小系统模块 (4) (4) (5)3.3 脉搏信号的采集 (5)3.4 脉搏信号的处理 (6) (6)3.4.2 电压比较器 (7)3.4.3 运算放大器LM358 (8)3.5 液晶显示模块 (8)3.6 USB串口通信模块 (9)4系统软件设计 (9) (9)4.2主程序流程介绍 (10) (10)4.4 ADC 采用程序流程介绍 (11)4.5 LabVIEW上位机程序设计 (12)4. LaBVTEW串口通信配置 (13)4.5.2 LabVIEW 脉搏波形显示以及脉率计算 (14)5 系统测试与结果分析 (16) (16)6 误差分析与修正 (18)总结 (19)致谢 (19)参考文献 (21)附录 (21)附录A硬件原理图 (21)附录B PCB图 (23)附录C 硬件外观图 (24)附录D LabVIEW程序及前面板： (25)附录F 部分程序 (26)1 引言1.1 脉搏的研究背景每分钟脉搏跳动次数这一物理量在生产加工，人们日常生活的各个方面都是一个最基本也是非常重要的一个物理量，在很多应用条件下，需要对脉搏跳动这个量进行检测和监控。
近几年来，伴随现代科学技术的不断进步，对现代设备的精度的要求也越来越高，信息技术领域的前沿尖端技术包括传感器技术，通讯技术以及计算机技术。
我们可以通过脉搏跳动的情况了解到心脏的情况，以得知身体的健康状况。
然而诊断看病是个不容易的工作，诊脉的方法不容易被人掌握。
1.2 选题意义由心脏搏动而引起的脉搏,我们可以根据这个线索去找反映身体的重要标志。
针对脉搏的跳动,我们都知道在中医上有一种非常重要的诊断方式，那就是诊脉。
利用LabVIEW进行心率变异分析
利用LabVIEW进行心率变异分析2 评级 | 3.00 out of 5阅读语言打印概览心率变异（HRV）分析是一项在研究和临床中广泛使用的重要应用。
LabVIEW包含多个信号处理VI，使用户可以非常方便地创建自定义的HRV分析应用。
本文介绍了利用LabVIEW进行HRV分析的应用与实践。
目录1.引言2.什么是HRV？3.采集RR间隔4.HRV分析方法5.应用6.获取HRV分析起步工具7.参考文献下载引言心电图（ECG）是一种由心电图仪产生的图形，提供了有关个人心脏健康的信息。
ECG常在临床应用中帮助医生诊断心跳过速等心脏疾病。
除了直接分析ECG信号，研究人员和医生们还可以从ECG信号中提取其他非直接的测量信息，最常见的测量之一便是心率变异（HRV）。
本文描述了如何利用NI LabVIEW图形化开发环境提取并分析HRV测量结果，并同时介绍了LabVIEW HRV分析起步工具——一款基于LabVIEW的面向HRV分析的程序。
本文所展示的HRV分析结果来自于该HRV 分析起步工具。
什么是HRV？一个正常的单周期ECG信号由若干个波组成，如图1所示。
[+] 放大图片图1. ECG信号的R波峰与RR间隔具有最高峰值的波被称为R波。
RR间隔是指两个相邻R波之间的时间间隔。
波峰较小的波分别为P波、T波和U波。
心率变异（HRV）测量可以分析出这些RR间隔（它们显示了连续心跳之间的变化）是如何随时间而变化的。
例如，图2展示了一个典型的成人的HRV。
[+] 放大图片图2.一个成人的HRV图2中的HRV分析显示了该RR间隔范围从0.6秒变化至1秒，其平均值为0.8秒。
HRV分析提供了自主神经系统（ANS）的一个定量标记，因为HRV的调节机制源自交感和副交感神经系统[5]。
迄今为止，许多研究人员和工程师们都致力于发掘HRV分析中对临床应用有价值的信息。
在过去的十年中，已经发表了超过2000篇关于HRV的文章[1]。
基于Labview的压力控制脉搏采集系统
以模 拟 脉 诊 系统 中 的 浮 、 、 ３种 指 力 。 样 就 可 以 获 取 不 同压 力 下 的 脉 搏 信 号 ， 以方 便 对 不 同 状 态 下 的 脉 搏 信 中 沉 这 可
号进行提取分析 。 关 键 词 ： ａ ｖｅ 压 力控 制 ；脉 搏 ；采 集 ；信 息 Ｌ ｂ ｉｗ； 中图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３９ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） １ ｏ ５ — ４ ６４ ６ ３ （０ ２ ｌ一 ０ ７ ０
传 统 中医 就 像 山川 一 样 引 人 人 胜 ． 脉 诊 更 是 其 中 的 奇 而
峰 ， 人 想 一 观 “ 山真 面 目” 令 庐 。脉 搏 波 反 映 了 人 的生 理 病 理
的 电 压 输 出接 到 气 泵 驱 动 电 路 的 输 入 电压 ， 为高 电 平 时 此 当
时 气 泵 工 作 ， 始 加 压 ， 此 同 时 把 压 力 测 量 电 路 的信 号 通 开 于
分 析 处 理 又 可 以 进 行 对 压 力 大 小 的 控 制 【 实 现 自动 化 。作 为 习 ，
求 时 Ｌｂ ｉ 产生 的数 字 电 压输 出低 电平 ， 时 气 泵 关 闭 ， ａ ｖｅ ｗ 此 这 时 Ｌｂ ｉ ａ ｖ ｗ可 以采 集 到 不 同压 力 下 的 脉搏 波 信 号 ，它 的 具 体 ｅ
ａ ｑ ｉ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔｂ ｌ ｙ，ｃ ｎ ｂ ｏｌ ｃｅ ｏ ｔ ｅ ｓｅ ｄ ｕ ｓ ｆｉｆ ｒ ａ ｉｎ ｈ ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ａ ｓ ｉ ｌｔ ｃ ｕ ｓ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｓ ｕ ｅ ｉｓａ ｉ ｔ ｉｏ ｉ ａ ｅ ｃ ｌ ｔ ｄ ｔ ｈ ｔ ａ ｙ ｐ ｌｅ ｏ ｏ ｅ ｎ ｍ ｔ ．Ｔ ｙ ｔ ｍ ａ ｏ ｓ ｏ ｌ ｍｕａ ｅ ａ ｌ ｔ ｕ ｓ ｙ ｔｍ Ｓ ｅ ｅ ｅｅ ｓｔ ｈ ｃ ，Ｓ ｔ ｕ ｃ ｎ ｇ ｔ ｅ ｐ ｌ ｏ ｅ ｓｇ ａ ｄ ｒｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｆ ａ ｉ ｇｐ ｌｅ ｓ ｓｅ ， ｈ ｎ ｔ ｒ ｅ ｒ ｆｒ ｏｔ ｅｆ ｒ ｅ Ｏ ｔ ａ ｏ ａ ｅ ｈ ｕ ｓ ｆ ｈ ｉ ｎ ｌ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ，ｃ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｈ ｙ ｔ ｅ ｔ ｕ ｆ ｐ
LabVIEW脉搏信号检测与研究系统
基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统作者：吉林医药学院杨风健应用领域:自动化测量挑战：根据人体阻抗特性，通过拾取阻抗变化测量人体脉搏信号。
利用LabVIEW强大数字信号处理功能还原脉搏波形，并对波形的特征信息进行提取及存储。
采集足够的数据后，主要运用该语言的数学程序库以及数值分析计算功能进行回归分析，建立相关数学模型，揭示脉搏信号与心血管类疾病的联系。
应用方案：使用NI公司的LabVIEW 8.5作为软件开发平台，结合自行设计的脉搏信号采集装置，开发了一个具有信号分析、处理、显示以及对数据进行回归分析等功能的脉搏信号测量系统。
使用的产品：LabVIEW8.5学生版介绍在世界范围内，心血管类疾病患者与日俱增，已成为人类健康的头号杀手。
美国心脏协会报告称，每年大约有240万美国人死于心血管疾病，其中尤以高血压患者所占比率最高，现象最为普遍。
中国卫生部公布中国心血管疾病患者已超过1.5亿，心血管病是目前中国人群最主要的死因。
因此预防此类疾病的产生显得尤为重要。
人体脉搏系统是心血管系统的重要组成部分，从脉搏波中提取人体的生理和病理信息作为临床诊断和治疗的依据，受到中外医学界的重视，脉搏波所呈现出的形态、强度、速率、节律等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中的许多生理病理的血流特征。
中医的诊脉理论认为脉搏波的传播与心血管系统的血液运动、血管壁运动规律有着密切的联系。
正文：脉搏信号形成机理血液在心血管组成的循环系统中按照一定的方向周而复始的流动，称为血液循环，其动力来源与心脏，心脏通过做有秩序的收缩和舒张活动，使血液源源不断地从心脏射入动脉，心脏每收缩一次，动脉内的压力就发生一次周期性的波动，这种周期性的压力变化引起动脉血管发生波动，称为脉搏。
脉搏可以沿着动脉管壁向外周血管传播，这种空间上传播的波动称为脉搏波。
阻抗法测量原理生物电阻抗测量，或简称阻抗技术，是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。
基于LabVIEW的脉搏信号基线漂移去除
基于LabVIEW的脉搏信号基线漂移去除李学亮;夏金虹;陈真诚【摘要】Objective To remove noise interferences, such as baseline drift, to extract clear pulse signal for diagnosis and treatment of cardiovascular diseases. Methods A set of measuring system was developed, using Lab VIEW as the software platform and NI data collection card as the hardware platform. This system firstly transmitted the pulse signal collected by sensors to PC through data acquisition card, and then removed the baseline drift signal by the spline interpolation fitting method. Results The spectrum analysis showed that the SNR of the processed pulse wave was improved greatly. Conchsion The measuring system is efficient for the removal of the baseline drift of the pulse signal.%目的:去除脉搏波信号中存在的基线漂移等干扰噪声,提取清晰的脉搏信号以便于诊断、治疗心血管疾病.方法:采用LabVIEW作为软件平台、NI数据采集卡为硬件平台,研制了一套测量系统.该系统将传感器采集到的脉搏信号通过采集卡传送到PC,采用样条插值拟合的方法,去除信号中的基线漂移.结果:通过分析信号的频谱表明,处理后脉搏波的信噪比得到了明显改善.结论:该系统对脉搏信号中的基线漂移去除效果良好.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2012(033)009【总页数】4页(P5-8)【关键词】LabVIEW;基线漂移;样条插值;脉搏波【作者】李学亮;夏金虹;陈真诚【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】R3181 引言脉搏病理诊断历来受到中外医学界的重视，几乎世界上所有的民族都有过“摸脉”诊断的历史[1]。
基于LabVIEW的脉搏测量仪设计
2021.11设计研发基于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)摘要：随着社会的发展，人们对于健康问题越来越重视。
在影响健康的疾病中，心脑血管疾病的隐患越来越大。
而在造成疾病的隐患中，无法定期测量相关生理和病理信号。
针对以上问题，家用脉搏测量仪越来越多的受到重视,能够做到定时检测和提前预防成为一个关键点。
在前期硬件电路设计中,可以釆用传感器实现体温、脉搏信号的釆集,利用相关硬件电路对信号进行处理，在本文中，利用单片机进行系统软件设计，并选择采用LabVIEW平台开发了PC端的软件，实现对人体体温和脉搏信号的自动、高效、精确采集和记录，并可以根据需要输出输出脉搏波的检测报告，方便用户使用和医护人员作为诊断参考。
关键词：单片机；脉搏波；PWV；LabVIEWDesign of Pulse Measuring Instrument Based on LabVIEWLi Yamei,Zhou Yun(Chongqing University of Mechanical and Electrical Technology,Chongqing,402760) Abstract：With the development of society,people pay more and more attention to health problems.Among the diseases that affect hea1th,the hidden danger of cardiovascular and cerebrovascular diseases is more and more serious.In the hidden danger of disease,it is impossible to measure the physiological and pathological signals regularly.In view of the above problems,more and more a/tterrtion has been paid to the home pulse measuring instmment.It has become a key point to detect and prevent in advance.In the early hardware circuit design,the sensor can be used to collect the temperature and pulse signal,and the related hardware circuit is used to process the signal.In this paper,the system software is designed by using single-chip microcomputer,and the PC software is developed by using LabVIEW platform,which realizes the automatic,efficient and accurate acquisition and recording of human body temperature and pulse signal It is necessary to output the detection report of pulse wave,which is convenient for users and medical staff as diagnostic reference.Keywords；single chip microcomputer;pulse wave;PWV;LabVIEW0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。
OR2-Labview和Matlab平台下的脉搏信号分析
Labview和Matlab平台下的脉搏信号分析于璐沙宪政*(中国医科大学生物医学工程系110001)摘要:本文介绍了虚拟仪器Labview和Matlab混合编程的思想和方法，并在脉搏信号的预处理及特征点识别过程中使用了此方法。
经过对大量不同脉象的处理实验表明，该方法具有便捷、高效和结果准确的特点，为生物医学信号的分析提供了一种有效的新方法。
关键词: 生物医学工程学；脉搏信号分析；Labview与Matlab混合编程；特征提取一、前言生物医学信号的检测与分析无论对基础医学研究还是临床诊断治疗都有着非常重要的作用，近些年来，随着计算机技术的不断进步和完善，虚拟仪器技术越来越多的被应用到生物医学信号的检测与分析中来。
虚拟仪器技术是计算机技术与仪器技术相结的产物，它由计算机、仪器硬件和相应的应用软件组成，利用PC机强大的图形环境建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制及数据的采集、分析和显示。
目前使用最为广泛的虚拟仪器开发环境是美国NI公司推出的Labview软硬件平台，越来越多的虚拟医学仪器采用了基于Labview的设计，而且许多生理信号的识别与分析等研究工作也是在Labview系统框架下进行的[1]。
二、Labview和Matlab混合编程的提出及实现方法虽然Labview具有开发便捷、效率高、形象直观、易于掌握等优点，但是由于它对各种算法支持的工具箱不多且功能单一，使得Labview在数学计算方面的功能十分有限。
因此对于一些虚拟仪器中需要进行大量数据运算处理的复杂应用就显得有些力不从心。
Matlab是美国MathWorks公司开发的一种直观高效的计算机语言，它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具，在信号和图像处理等领域具有无可比拟的优势。
但它的界面开发及流程控制能力较差，并且数据采集、网络通信、硬件控制等方面比较繁琐，而且脚本文件不能脱离Matlab 这个应用程序环境，这就制约了程序的可移植性和通用性。
基于LabVIEW的无线心率测量系统
基于LabVIEW的无线心率测量系统
基于LabVIEW 为开发平台设计并实现一种无线心率测量系统。
采用HKG-07B 红外脉搏传感器采集心电信号，信号经放大、滤波、整形、AD 转换
后通过LED 显示心率，并通过无线发送到PC 终端，在终端信号经LabVIEW
采集、显示、存储心率波形，而且可以随时调用心率波形。
该设计体积小，实时性好，人机界面友好。
心率测量是常用的医学检查项目之一，是人体健康监测的一项重要指标，目前的家用心率测量系统主要采用的核心芯片是单片机，这种开发方式设计出来的产品虽然容易携带，但是很难实时有效地存储心率波形。
而采用LabVIEW
的心率测试系统不仅能实时测量心率，显示心率波形，同时还能方便地存储心率波形，为后续的算法处理提供方便。
1 系统构成和原理
系统采用红外传感器HKG-07B 采集心率信号，经放大滤波及A/D 转换
后通过MCU 进行数据计算并用LED 显示，并将A/D 转换后的数据通过WIFI
发送到PC 终端，在PC 终端上用LabVIEW 显示波形、存储数据并可通过网络
报警。
系统结构
2 LABVIEW 采集显示存储模块设计
PC 机端接收到的心率
进行采集时，将对串口进行初始化设置，并检测是否有数据收到，如果没有，继续等待。
其程序框。
基于LabVIEW的光电容积脉搏波信号采集系统
A Photoplethysmograph Signal Acquisition System Based on LabVIEW
ZHANG Wei，GAO Bo，GONG Min
( College of Physical Science and Technology，Sichuan University，Chengdu 610064，China)
LabVIEW 是美国国家仪器公司（ NI） 推出的虚拟 仪器开发平台，是计算机辅助测试（ CAT） 领域的一项 重要技 术。基 于 图 形 化 编 程 语 言 （ G 语 言） 的 LabVIEW 提供了功能强大的函数模块库，包含数学、仪器 I / O 和信号处理等方面的函数。利用 LabVIEW 软件 可直接对经由 PPG 信号硬件采集系统采集到的数字 信号进行处理，利用软件的功能来设计低通滤波器，避 免了滤波器硬件电路的设计，在降低设计难度的同时 增加了滤波处理的精度，更可有效避免在滤波过程中 引入的噪 声 和 信 号 失 真，使 信 号 保 持 较 高 的 真 实 性。 因此，基于 LabVIEW 来开发 PPG 信号采集系统具有 广阔的应用前景。
因此可以根据脉搏波形的振幅是否存切迹和重搏峰切迹和重搏峰的位置由脉搏波得到的心率是否合?来判断ppg信号的图1典型的指端ppg波形图质?好坏而切迹和重搏峰又容?受到体内体外干扰因素的影响而变化甚至消失所以设计时要重点考虑保留切迹和重搏峰获取高质?的ppg信号
·16·
《测控技术》2011 年第 30 卷第 12 期
基于 LabVIEW 的光电容积脉搏波信号采集系统
·17·
本文中应用 FPGA 设计 PPG 信号采集卡，通过串 口实现采集卡和 LabVIEW 之间的数据通信。经过指 端透射式 PPG 信号采集实验，在 LabVIEW 前面板准 确显示出了 PPG 信号的波形，为后续分析打下了良好 的基础，说明应用 LabVIEW 设计 PPG 信号采集系统 的方案是可行的。
基于LabVIEW的无创脉搏血氧检测系统设计
山西大学学报(自然科学版)33(1):92～96,2010Journal of Shanxi University(Nat.Sci.Ed.) 文章编号:025322395(2010)0120092205基于LabV IEW的无创脉搏血氧检测系统设计姚 峰,乔晓艳,董有尔(山西大学物理电子工程学院,山西太原030006)摘 要:设计了一种无创光电容积脉搏波检测系统,它借助LabV IEW图形化虚拟仪器开发平台,利用LabV IEW 产生时序信号,调制夹指传感器拾取的光电容积脉搏波.通过前置放大滤波及信号调理电路,然后采集脉搏波.经过基于LabV IEW的数字锁相技术,最终解调获得光电容积脉搏波信号.实验结果表明,该系统可以实现无创脉搏波实时检测、脉搏波形回放、储存和分析等功能.关键词:LabV IEW;数字锁相技术;血氧饱和度;光电容积脉搏波中图分类号:R319 文献标识码:A血氧饱和度是临床医学上重要的生理参数,它是衡量人肺的氧合能力及人体血液携氧能力的重要指标[1,2].目前,基于朗伯2比尔定律的近红外双波长法可实现血氧饱和度无创、连续、实时监测,具有很好的临床应用价值,成为研究的热点[3].但是该方法存在抗干扰能力弱、信噪比不高、受个体差异影响大等缺点,制约了血氧饱和度检测精度的提高.血氧饱和度是从光电容积脉搏波中提取光谱信息计算得到的,因此,光电容积脉搏波是脉搏血氧饱和度检测的关键.光电容积脉搏波是某个测量部位血液容积的光电描记,由于它容易受多种因素影响,为了提高其抗干扰能力,获得较好的光电容积脉搏波波形,本文利用虚拟仪器开发平台,设计了一种基于LabV IEW的数字锁相放大器.它采用数字乘法器和数字滤波器取代模拟器件,并在动态范围、线性失真、噪声抑制方面的性能远优越于模拟器件,尤其是零点漂移这一重要特性[4].数字锁相放大器借助虚拟仪器LabV IEW的优势,极大地提高了光电容积脉搏波检测的抗干扰能力和测量精度.此外,虚拟仪器是以软件为核心的结构体系,具有极强的灵活性.由于大多数生理信号频率较低,对采集系统没有特殊的要求,完全可以借助虚拟仪器实现一台计算机对脉搏波、呼吸波、心电图、血压、血氧等生理参数的采集、存储、处理和分析等功能.因此,设计基于虚拟仪器的脉搏血氧检测系统具有广泛的应用价值. 1 测量原理血氧饱和度(SaO2)是指人体血液中血红蛋白实际结合氧气的量与其最大结合氧气的量的百分比.血氧饱和度的定义为[2]SaO2=C HbO2C HbO2+C Hb(1)其中,C HbO2、C Hb分别为氧合血红蛋白和还原血红蛋白浓度.当入射光透过某种溶液时,其光吸收特性遵循Lambert2beer定律[5],可描述为II0=10-εcl(2)其对数化表示为A=lgII0=-εc;L(3)3收稿日期:2009206221;修回日期:2009209218 基金项目:山西省自然科学基金(2007011041);山西省高校科技开发项目(20081001) 作者简介:姚 峰(19862),男,江苏镇江人,硕士生,研究方向:生物医学信息检测与处理.通信联系人:E2mail:xyqiao@ 其中I 0、I 分别为入射光强度和透射光强度,c 、ε、A 分别为物质的浓度、吸光系数和吸光度,L 为光路长度.当两个不同波长的光λ1与λ2透过血液时,根据(1)式和(3)式,可得到血液对波长为λ1与λ2的吸光度方程,联立可推算出血氧饱和度计算式为[5]Sa 2O =ε2Q -η2(ε2-ε1)Q -(η1-η2)(4)其中ε1和ε2为Hb 和HbO 2在波长λ1处的吸光系数,η1和η2为Hb 和HbO 2在波长λ2处的吸光系数,通常为一常数.Q =A λ1A λ2,其中A λ1和A λ2分别为血液对λ1和λ2波长光的吸光度.由(4)式可知,脉搏血氧饱和度是按照人体组织对不同波长的红光和红外光的吸光度之比(A λ1/A λ2)推算出的,比值A λ1/A λ2与脉搏血氧饱和度的函数关系应为线性关系,但由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统,不完全符合经典的Lambert 2beer 定律,因而导致了表达红光和红外光吸光度相对变化的测量值与脉搏血氧饱和度之间关系的数学模型建立困难,只能通过定标曲线的方法来确定A λ1/A λ2与SaO 2的对应关系[6].由于光电容积脉搏波幅值可反映透射光的强度,而透射光强度与吸光度的比值A λ1/A λ2成一定函数关系.因此,可根据测得的脉搏波幅值对脉搏血氧饱和度SaO 2进行定标,最终获得可靠的脉搏血氧饱和度值.2 系统设计2.1 硬件系统设计脉搏血氧检测系统总体上由硬件和软件两大部分组成,其系统框图如图1所示.硬件部分由夹指传感器、恒流源电路、信号放大调理电路、N I6251数据采集卡组成.软件部分是以计算机为基础的虚拟仪器开发软件平台.图1 脉搏血氧检测系统框图Fig.1 System diagram of the detection of pulse oxygen2.1.1 夹指传感器根据检测原理,综合考虑设计了由OL66940TM F 发光芯片、OP30TM F 光电接收管及硅胶构成的夹指传感器.OL66940TM F 发光芯片是660nm 的红光L ED 和940nm 的红外光L ED 集成的.红光L ED (Red )和红外光L ED (IRed )是共阳极的,起到简化电路设计的作用,两个L ED 正向工作电流为20mA.O P30TM F 在零偏状态下具有良好的线性和较低的暗电流,有利于对微弱的光信号进行检测,它的光谱响应范围较宽,尤其在600nm 到1000nm 之间.硅胶的隔光透射能力比较好,把OL66940TM F 发光芯片和O P30TM F 光电接受管置于其中,能较好的降低来自外界光的干扰.2.1.2 光调制时序信号及恒流源驱动电路由于人体脉搏血氧信号是变化缓慢且强度较弱的信号,容易受到背景光和暗电流的干扰,如果不经过变换调制处理而直接进行放大,则有用的脉搏血氧信号会被淹没在噪声之中,以至于检测不到.这种情况下,利用一定频率的光信号调制脉搏血氧信号,能够有效地解决此问题.光源的两路时序信号通过LabV IEW 控制N I6251采集卡产生,分别为方波信号A 和B.它们用来驱动传感器上波长为660nm 和940nm 的发光二极管按红光,不发光,红外光,不发光的顺序轮流交替转换,调制脉搏血氧信号.方波A 的频率为2k Hz ,控制L ED 亮和灭,方波B 的频率为1k Hz ,它是芯片CD4053的A 通道模拟开关的控制信号,控制两个L ED 轮流导通.39 姚 峰等:基于LabV IEW 的无创脉搏血氧检测系统设计为保证发光二极管发出的光亮度恒定,在光源驱动电路中采用了恒流源的设计方案,如图2所示.它由运算放大器OP07,三极管和CD4053等组成,流过发光二极管的电流可由公式I =V N I R计算得到.由于发光管的正向电流和电压分别为I =20mA ,V N I =5V ,因此电阻R =250Ω.图2 恒流源驱动电路Fig.2 Constant current source drivingcircuit 图3 电流电压转换及前置放大电路Fig.3 Current 2voltage and preamplifier circuit2.1.3 电流电压转换及前置放大电路如图3所示,该电路由光电转换电路,同相反相电路及仪器放大器AD620构成.红光和红外光信号透过手指,经光电二极管转换后的电流信号极其微弱(μA 级),通过由电阻R 1=1M Ω,电容C 1=40PF 及运算放大器O P07构成的电流2电压转换电路后,电流信号转变为电压信号且被放大了.由于电流2电压转换电路处于系统的前端,直接影响到整个系统的信噪比.为此,选择高精度运算放大器OP07,它具有极低的输入失调电压和失调电压温漂,较低的输入噪声电压幅度,较高的共模抑制比等优点.此外,R 1及其并联电容C 1构成截止频率为f c =12πR 1C 1的低通滤波电路,以减小噪声带宽、提高信噪比.为了进一步抑制噪声,提高共模抑制比,通过同相和反相电路将信号送到仪器放大器AD620的同相和反相输入端,同时信号再进行约10倍放大.由于仪器放大器AD620具有高精度、低噪声、高共模抑制比、低输入偏置电流和低功耗等特性,可以提高系统的输入阻抗,有效抑制温漂并抵消随机噪声,减少共模干扰,提高信噪比.信号经过仪器放大器AD620后,就能输出比较稳定和幅度满足采集系统要求的信号.2.2 锁相放大技术根据2.1.1所述,脉搏血氧信号被调制在频率为1k Hz 的方波信号上,为了解调脉搏血氧信号,采用了数字锁相技术,从而减少检测时的噪声,提高信噪比.锁相放大是以相干检测技术为基础,利用参考信号频率与输入信号频率相关,而与噪声信号不相关,从而从较强的背景噪声中提取出有用的信号.锁相放大器主要由相关器构成,而相关器是由乘法器和积分器组成的.设输入信号为V s (t )+n (t ),其中V s (t )为待测有用信号,n (t )为噪声信号,参考信号为V r (t ),则积分器输出信号V 0(t )为V 0(t )=lim T →∞12T ∫T -T [(V s (t )+n (t ))・V r (t )]d t =lim T →∞12T [∫T -T V s (t )V r (t )d t +∫T-T V s (t )n (t )d t ]=R sr (τ)+R rn (τ)(5) 上式中R sr (τ)、R rn (τ)分别为待测信号与参考信号以及参考信号与噪声之间的相关函数.由于噪声是随机量,可认为参考信号与噪声信号相互独立,它们的相关函数R rn (τ)为零.实际上R rn (τ)不可能完全为零,但是噪声的影响已经大大降低了.而对于R sr (τ)R sr (τ)=lim T →∞12T ∫T -T V s (t )・V r (t )d t =lim T →∞12T 12V s V r [(ωs +ωr )t +(<s +<r )]+12V s V r cos [(ωs -ωr )t +(<s -<r )]d t (6)49山西大学学报(自然科学版) 33(1) 2010 由式(5)和(6)可知,当ωs =ωr 时,积分器输出的信号可表示为V 0=12V s ・V r ・cos <(7) 其中<为待测信号与参考信号之间的相位差,若调整参考信号相位使<为零,则此时输出信号V 0最大,且与待测信号的幅度成正比.锁相放大器的信噪声比改善(S N I R )可表示为:S N I R =Δf niΔf no (8)其中,Δf ni 为输入信号的噪声带宽,Δf ni 为锁相放大器输出的噪声带宽.2.3 软件程序设计整个LabV IEW 程序由时序控制模块,信号采集模块,数字锁相放大模块三部分组成,核心部分为数字锁相模块,模块中的各个操作以事件方式驱动,有效地利用了计算机资源,提高了处理能力.时序控制模块通过N I6251采集卡产生两路时序信号,分别为2k Hz 发光时序及1k Hz 控制CD4053模拟开关信号;信号采集模块通过调用DAQmx 子V I 来实现数据采集、数据传输等功能.数字锁相模块通过调用参考信号、乘法器、低通滤波器等子V I 实现了对脉搏波信号的锁相放大.软件平台是借助虚拟仪器软件LabV IEW 在计算机上搭建的虚拟测试系统.LabV IEW 是美国国家仪器公司推出的一种基于图形开发、调试和运行程序的集成环境.它采用层次化结构,方便用户创建更复杂的程序,此外,它内部还提供了各类强大的功能模块和函数模块,以实现对信号和数据的复杂处理.时序控制模块由时序控制通道、时钟源、频率控制及时序占空比控制等控件组成.为了提高系统的可扩展性,运用N I6251中端口较多的数字输出端口输出时序信号,并由布尔控件、创建数字波形控件构成时序占空比控制程序,可以方便地调节输出时序信号的占空比,以获得不同频率信号.由于产生时序信号的占空比是由四个布尔量控制的,时序A 由1010四个布尔量构成,时序B 由1100四个布尔量构成,而时序A 是2k Hz ,时序B 是1k Hz ,因此产生布尔量的频率应为4k Hz.信号采集模块由信号采集通道、采样率、采样数及输入最大最小值控件组成.由于采集的信号主频为1k Hz 左右,为了获得较好的信号,根据奈奎斯特采样定理,将采样率设置为20ksp s ,每通道采样数设为30000,可获得连续1.5s 的调制信号数据.该模块可以灵活设置通道的采样率、采样数等参数,以获得理想的信号.如图4所示,数字锁相放大由参考信号发生器,乘法器和低通滤波器组成.参考信号发生器由频率、幅度、偏移量、占空比和相位等调节控件组成,根据采集到的信号,将频率和占空比分别设定为1k Hz 和25%,还可以实时调节参考信号相位,使得(7)式中采集的信号与参考信号的相位差<,获得的V 0最大值.乘法器除了可以用来实现参考信号与采集信号相乘,还可用来对采集的信号进行放大,以方便观察和处理信号,提高信噪比.低通滤波器模块可以切换不同类型的滤波器比较滤波效果,还可方便的调节截止频率及滤波器阶数等.光电脉搏波信号基波频率大约为1～4Hz 的低频信号,因此将截止频率和滤波器阶数分别设定在40Hz 和1阶,最终获得了理想的脉搏波信号,如图5所示.图4 数字锁相放大程序Fig.4 Digital phase 2locked amplifier program59 姚 峰等:基于LabV IEW 的无创脉搏血氧检测系统设计根据实验测量结果,输入信号噪声带宽Δf ni ,输出噪声带宽Δf no =14R C ≈60Hz ,则由式(8),信噪比改善约为3dB.由此可知,信噪声比得到了很大提高.图5 光电容积脉搏波信号Fig.5 Photoplethysmograhy signal 与以往的脉搏血氧饱和度检测系统中模拟锁相放大器相比,基于LabV IEW 的数字锁相放大器操作更为灵活,并且极大地降低了噪声的干扰,在很大程度上提高了信噪比,获得了较好的光电脉搏波波形,为提高血氧饱和度的测量精度打下了坚实的基础.3 结论利用LabV IEW 的图形化编程环境,可以实现对脉搏信号的数据采集、存储和分析等功能.由于该系统设计是基于虚拟仪器平台,硬件部分结构简单,而且系统具有极强的灵活性和可操作性.采用基于LabV IEW 的数字锁相放大器,使系统抗干扰能力增强,获得了较好的光电脉搏波波形,从而可在很大程度上提高脉搏血氧饱和度的测量精度.本研究对利用虚拟仪器开发类似系统有一定借鉴作用.参考文献:[1] N IWA YAMA M ,SHIGA T ,L IN L ,et al .Correction of the influences of a subcutaneous fat layer and skinin a near 2infared musde oximeter[C]//Proceeding s of the 20th An nual International Conference of the IEEE ,1998,4:1849.[2] 杨玉星.生物医学传感器与检测技术[M ].北京:化学工业出版社,2005.8.[3] COPE M ,DEPL Y D T.System for Long term Measurement of Cerebral Blood and Tissue Oxygenation on Infants by NearInf rared Transillumination[J ].Phys Med B iol ,1988,33:143321442.[4] 李 刚,张丽君,林 凌.一种新型数字锁相放大器的设计及其优化算法[J ].天津大学学报,2008,41(4):4292432.[5] 李 刚,李尚颖,林 凌,等.基于动态光谱的脉搏血氧测量精度分析[J ].光谱学与光谱分析,2006,26(10):182121824.[6] 郭 萍,孙卫新,金 捷,等.脉搏血氧仪定标曲线的研究[J ].西安医科大学学报,2000,21(2):1692171.System Design for Non 2invasive Detection ofPulse Oximetry B ased on LabVIEWYAO Feng ,Q IAO Xiao 2yan ,DON G Y ou 2er(S chool of Physics and Elect ronics Engineering ,S hanx i Universit y ,T ai y uan 030006,China )Abstract :A detecting system based on t he measurement principle of p hotoplet hysmograp hy is designed.Timing sequence signals are generated by t he developed platform of t he figural virt ual inst rument based on LabV IEW ,and t he p hotoplet hysmograp hy signal f rom t he sensor of clip finger is modulated according to t he timing sequence.The p ulse waveform is acquired after t he preamplifier and filter circuit s.Moreover ,t he p hotoplet hysmograp hy signal is obtained by t he digital p hase 2locked technology based on LabV IEW.The result s showed t hat t he f unctions such as non 2invasive ,continuous and real 2time detection ,p ulse waveform playback ,storage and analysis could be realized in t his system ,and it has many characteristics such as st rong anti 2interference ability ,high signal 2noise ratio ,good stability and flexibility.K ey w ords :labV IEW ;digitallock 2in amplify ;oxygen sat uration ;p hotoplet hysmograp hy69山西大学学报(自然科学版) 33(1) 2010 。
基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统2
基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统2根据物理学上的定义，导体的电阻R 取决于该导体的电阻率、长度及其截面积的大小。
R = ρL/S= ρL2 /V式中,ρ为电阻率;S为导体截面积;L为导体长度;V为导体体积。
假设圆柱导体的长度不变，导出电阻变化ΔR 与容积变化ΔV 的关系式为：ΔR = - ρL2ΔV/V2 = - RΔV/V上式表明容积的变化与电阻的变化密切相关,负号表示容积的增加将导致电阻的降低,也就是说人体受检部位就相当于一个阻值发生周期性变化的电阻，只要测得阻值的变化波形即可测得脉搏信号。
给人体输入激励电流，通过人体阻抗转换为电压信号，测量此电压信号的周期性变化即可反映出阻抗的变化，最终测得脉搏信号。
脉搏信号采集设计思想脉搏信号具有同其它生物电信号相同的特点，信号微弱、频率较低并且极易受到干扰。
假设人体受检部位的等效阻值为1000欧姆，那么随着脉搏波的传递，阻抗的变化量约为1欧姆，并且此变化量的大小与检测位置、个体差异及电极系统情况都有较大关系，直接测量此信号具有较大难度。
对人体而言，所产生的电信号不仅仅是脉搏信号，还要受到与之频率及幅值特性相近的其他生物电信号的干扰，同时，来自外界的工频干扰、日光灯干扰等对脉搏信号高质量提取造成了很大的影响。
应用虚拟仪器技术分析生物电信号，能有效降低信号处理的复杂性和困难度，能很好的解决上述存在的问题，使生理信号的处理分析变得更加方便和简单。
鉴于LabVIEW的强大数字信号处理及数学分析功能，为节省开发时间，提高开发效率，采用LabVIEW编写软件应用程序，开发基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统。
脉搏信号提取基于调制和解调的原理，系统整体框图如图2，本设计中测量位置为手臂，通过激励电极(E1,E4)给人体输入100KHz、0.6mA的载波，在E1与E4间距离设置为15cm时，在此高频信号的激励下，人体等效阻抗约为200欧姆左右。
此时人体脉搏信号被调制在激励信号中，输出信号为调幅波，相对于脉搏信号而言，载波信号的振荡频率为高频信号，将此调幅波通过测量电极(E2,E3)输入给脉搏信号调理电路，进行模拟解调，滤除高频载波，便可得到脉搏波。
基于Labview的AM幅度调制脉搏波采集分析系统
图２ 中脉搏波信号为 ｔ ， 为 ｃ ＝ ｏ（ ｏ＋ ）其 ）载波 （） ｃ ｔ ｔ ， ｓＯ
嬖
坌 ｉ－ ． ． Ｌ ｌ
图 １ 系统框 图
坌 ｊ
一
ｑ ０ ｚ ≤２ Ｈ ， 已调信号为 ｈ２ Ｈ ≤ ０ｋ ｚ则 （）： 【 ０＋ （） ｃｓｔ ｔ Ａ ， ｔ ｌｏ（ｏ ０＋０ ） ｏ
如 图 ３所示 。
＋ Ｖ ５ ＋ Ｖ ５
解调方法 有相 干解 调 和非相 干解 调。所谓 相 干解 调 ， 是 就
利用乘法器进行频 谱搬 移来 实现解 调 ， 要求本 地 载波 与发射 它
端载波必须保 持同频同相 ， 故也称 同步解 调 ； 而非相干 解调一 般
为包络解调 ， 顾名思义 ， 就是利用包络检波器来 实现解调 。
目的。如图 ６所示 ， 利用 Ａ 已调 波关于 ｘ轴对称 的特性 ， 检 Ｍ 将
测到 的波 谷翻褶上 来 ， 然后 与波 峰一 起构成 包络 曲线 。这样 的
图 ３ 放 大 滤 波 电路
曲线 比一般的包络解调更逼近原信号 曲线。
２ ２ Ａ 调 制 电 路 ． Ｍ
本文 中 Ａ 幅度 调 制 电路 ， 用 ＭＣ ４ ６乘 法 器 ， 图 ４ Ｍ 采 １９ 如
实际应用申包络解调要优于相干解调， 因为本地载波很难
与发射端 载波 同步 （ 同频 、 同相 ） 由于通过 硬件 放大 、 制后 ， 。 调 必然会混入 高频 噪声 ， 此外 ， 波也会 使频 谱发 生 变化 。因 而 ， 滤
在软 件解调 时 ， 本地 载波 的频率 、 初相 位 的确定变 得 比较 困难 ， 而一旦本地载 波与发射载波不 同步 （ 同频 、 同相 ） 相 干解 调就必 ， 然 出现失 真。因此 ， 本文采用包 络解 调 。 本 文中包 络解调 主要是 通过 检测 波峰 、 波谷 而 达到 解调 的
基于LabVIEW的脉搏信号检测系统的设计
基于LabVIEW的脉搏信号检测系统的设计
与心脏，心脏通过做有秩序的收缩和舒张活动，使血液源源不断地从心脏射入动脉，心脏每收缩一次，动脉内的压力就发生一次周期性的波动，这种周期性的压力变化引起动脉血管发生波动，称为脉搏。
脉搏可以沿着动脉管壁向外周血管传播，这种空间上传播的波动称为脉搏波。
阻抗法测量原理
生物电阻抗测量，或简称阻抗技术，是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。
它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
将受检部位（本设计为手臂）如图 1 等效为一圆柱形均匀导体, 血管位于其中央。
图1 人体组织与血管简化模型
根据物理学上的定义，导体的电阻R 取决于该导体的电阻率、长度及其截面积的大小。
R = ρL/S= ρL2 /V
式中,ρ为电阻率；S 为导体截面积；L 为导体长度；V 为导体体积。
假设圆柱导体的长度不变，导出电阻变化ΔR 与容积变化ΔV 的关系式为：
ΔR = - ρL2ΔV/V2 = - RΔV/V
上式表明容积的变化与电阻的变化密切相关,负号表示容积的增加将导致电阻的降低,也就是说人体受检部位就相当于一个阻值发生周期性变化的电阻，只。
基于Labview的压力控制脉搏采集系统
基于Labview的压力控制脉搏采集系统曾博才【摘要】为了提取更多的脉搏信息，设计出一种可控制压力大小的脉搏采集系统。
该系统的设计不仅实现了对脉搏压力自动的选择，它还通过压力信号反馈于控制信号，控制信号决定加压还是减压．这样就保证了压力的稳定以及采集的脉搏信号的稳定。
这克服了以往压力脉搏采集系统的压力不稳定的弊端，可以采集到稳定的脉搏信息。
该系统还可以模拟脉诊系统中的浮、中、沉3种指力，这样就可以获取不同压力下的脉搏信号．可以方便对不同状态下的脉搏信号进行提取分析。
%In order to extract more pulse information, the paper designs a controlled pressure on the size of the pulse acquisition system. The system is designed not only to achieve the automatic selection of the pulse pressure, it through the pressure signal feedback control signal, control signal determines the pressure or reduced pressure, thus ensuring the stability of the pressure and the stability of the collected pulse signals. Which overcomes the drawbacks of the past, the pressure pulse acquisition system pressure instability, can be collected to the steady pulse of information. The system can also simulate a floating pulse system, Shen three refers to the force, so that you can get the pulse of the signal under different pressures, can be easily extracted under different conditions of pulse signal analysis.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)011【总页数】4页(P57-60)【关键词】Labview;压力控制;脉搏;采集;信息【作者】曾博才【作者单位】四川大学,四川成都610064【正文语种】中文【中图分类】TP399传统中医就像山川一样引人入胜，而脉诊更是其中的奇峰，令人想一观“庐山真面目”。
基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统
基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统李姝颖;魏安海;张和华;尹军【摘要】设计一种基于LabVIEW的脉搏波分析监测系统,能够自动、高效、精确地实时采集和记录人体脉搏参数.监测系统采用下位机和上位机方案,以单片机为核心测量人体脉搏.该系统采用脉搏传感器将所采集的信号进行放大、滤波、电压抬升等处理,通过CH341T与PC端USB接口相连,实现了单片机和上位机之间通讯并将处理后的数据传至上位机进行分析.上位机基于LabVIEW开发平台实现了用户管理登陆、脉搏波滤波、消除基线漂移、特征识别、打印报告等功能,其特征参数可有效地反映身体功能.%A pulse wave monitoring system based on LabVIEW was designed which can automatically,efficiently and accurately real-time collect and record human pulse parameters.With a single chip processor as the core,the system used a lower computer and a upper computer to measure the pulse of human body.The system could magnify,filter analog signal and rise the voltage through the pulse sensor.It realized the communication between the MCU and the PC through a CH341T chip connecting with the PC's USB interface.The processed data could be transmitted to the upper computer for analysis.The upper machine based on LabVIEW could realizes user login management,pulse wave filtering,eliminating baseline drift,feature recognition and print of reports,etc.The characteristic parameters could effectively reflect and feedback the patients' physical features and functions.【期刊名称】《现代仪器与医疗》【年(卷),期】2017(023)001【总页数】4页(P15-18)【关键词】脉搏波;用户管理;消除基线漂移;特征参数【作者】李姝颖;魏安海;张和华;尹军【作者单位】第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科,重庆400042;第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科,重庆400042;第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科,重庆400042;第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科,重庆400042【正文语种】中文【中图分类】R331脉搏波信号是身体生理状况的重要信号之一,其特征参数可有效地反映身体的各项指标和功能。
利用LabVIEW进行心率变异分析
利用LabVIEW进行心率变异分析2 评级 | 3.00 out of 5阅读语言打印概览心率变异（HRV）分析是一项在研究和临床中广泛使用的重要应用。
LabVIEW包含多个信号处理VI，使用户可以非常方便地创建自定义的HRV分析应用。
本文介绍了利用LabVIEW进行HRV分析的应用与实践。
目录1.引言2.什么是HRV？3.采集RR间隔4.HRV分析方法5.应用6.获取HRV分析起步工具7.参考文献下载引言心电图（ECG）是一种由心电图仪产生的图形，提供了有关个人心脏健康的信息。
ECG常在临床应用中帮助医生诊断心跳过速等心脏疾病。
除了直接分析ECG信号，研究人员和医生们还可以从ECG信号中提取其他非直接的测量信息，最常见的测量之一便是心率变异（HRV）。
本文描述了如何利用NI LabVIEW图形化开发环境提取并分析HRV测量结果，并同时介绍了LabVIEW HRV分析起步工具——一款基于LabVIEW的面向HRV分析的程序。
本文所展示的HRV分析结果来自于该HRV 分析起步工具。
什么是HRV？一个正常的单周期ECG信号由若干个波组成，如图1所示。
[+] 放大图片图1. ECG信号的R波峰与RR间隔具有最高峰值的波被称为R波。
RR间隔是指两个相邻R波之间的时间间隔。
波峰较小的波分别为P波、T波和U波。
心率变异（HRV）测量可以分析出这些RR间隔（它们显示了连续心跳之间的变化）是如何随时间而变化的。
例如，图2展示了一个典型的成人的HRV。
[+] 放大图片图2.一个成人的HRV图2中的HRV分析显示了该RR间隔范围从0.6秒变化至1秒，其平均值为0.8秒。
HRV分析提供了自主神经系统（ANS）的一个定量标记，因为HRV的调节机制源自交感和副交感神经系统[5]。
迄今为止，许多研究人员和工程师们都致力于发掘HRV分析中对临床应用有价值的信息。
在过去的十年中，已经发表了超过2000篇关于HRV的文章[1]。
应用LabVIEW进行人体脉搏分析文献综述
第一章课题意义脉博是由心脏搏动而引起，经动脉和血流传至远端的税动脉处，它携带有丰富的人体健康状况信息。
早在公元前7世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法。
但自古以来中医一直是靠手指获取脉搏信息（即脉象），这难免存在许多主观臆断因素，况且这种用手指切脉的技巧很难掌握，据说至少要有5到8年的时间才有可能掌握，因此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化；另一方面从西医的角度看,近年来人们也试图根据脉搏波的变异性来评价和诊断人体心血管系统的病变，以便能找到一个有效的心血管疾病早期无创诊断的方法。
因此, 对脉搏信号进行无失真的检测、采集和处理是一项重要而很有意义的基础工作, 它是对脉搏信号进一步分析并依此对心脏及动脉血管系统疾病进行预报和诊断的前提。
而应用简单易用性且功能强大的图形化开发平台LabVIEW进行数据的采集与处理可以使这项工作变得简单易行，将数据直接采集到计算机中进行分析而无需复杂的硬件设备，利用各种分析方法将脉搏的信息明显的展示出来，通过模式识别找出各种病理的特征参数。
使无创诊断的研究上升了一个新的高度并为临床检测提供了依据。
第二章国内外相关研究的现状与研究方法脉搏系统和脉搏信息的研究包括两大方面：一是理论分析与计算（即建模方面）；二是信号检测与分析。
从发表的文献来看，国外在前一方面做了大量的研究，也早于国内学者；而国内在后一方面的研究多于国外。
但是通过使用Lab view对信号进行检测与分析的还是少数。
对脉搏信号的分析主要包括以下三方面：（1）脉搏信号检测与提取英国人Marey⑹最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器，并记录了税动脉脉搏波。
自20世纪50年代以来，应变计式、光电式、压电晶体式、电阻压力式等直接“接触式”的脉搏传感器陆续问世，使脉搏检测技术在临床和基础医学研究中得到了广泛应用，脉搏已成为心脏、动脉血管功能无创检测的重要参考指标，并在多种生理测量中用作时间标志参考信号。
而且，脉搏测量技术已成功地应用于中医脉象的客观检测中，为脉象辨识提供了重要的信息、。
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应用LabVIEW进行人体脉搏分析1.1 人体脉搏研究的背景和意义脉搏是由心脏搏动而引起, 经动脉和血流传至远端的桡动脉处, 它携带有丰富的人体健康状况信息。
早在公元前7世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法。
但自古以来中医独特的诊断方法及治病的疗效总是笼罩着一层神秘的面纱。
中医一直是靠手指获取脉搏信息, 这难免存在许多主观臆断因素, 况且这种用手指切脉的技巧很难掌握,因此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化。
随着传感器技术及计算机处理技术的发展，人们希望能够将现代技术应用于中医脉象诊断，以便更科学、更客观地揭示脉象的实质与特征。
另一方面从西医的角度看,近年来人们也试图根据脉搏波的变异性来评价和诊断人体心血管系统的病变,以便能找到一个有效的心血管疾病早期无创诊断的方法。
因此,对脉搏信号进行无失真的检测、采集和处理是一项重要而很有意义的基础工作,它是对脉搏信号进一步分析并依此对心脏及动脉血管系统疾病进行预报和诊断的前提。
本论文的研究主要是基于这方面来进行的，利用功能强大的虚拟仪器LabVIEW设计出脉搏的采集与分析系统，从客观、物理的角度来诠释人体脉搏系统。
1.2国内外研究现状脉搏系统和脉搏信息的研究包括两大方面: 一是理论分析与计算(即建模方面)；二是信号检测与分析。
从发表的文献来看, 国外在前一方面做了大量的研究, 也早于国内学者; 而国内在后一方面的研究多于国外。
对脉搏信号的分析主要包括以下方面:（1）脉搏信号检测与提取用脉搏记录仪器描绘脉搏波图像已有百余年的历史。
1860年法国人研制了杠杆脉搏描记器，成为现代脉象描记的基础。
脉象仪的总体构成包括脉象信号检测，信号预处理和信号分析三个环节。
我国医务界约从50年代初就开始了用西方传来的脉搏描记技术，使脉象图形化。
近十多年来，已经研制出了许多性能各异的脉象仪，各类脉搏描记器最关键和差异较大的部分就是脉象传感器的研制。
从测量原理上讲，脉象传感器可分为机械式、压电式、光电容式等多种[1]。
（2）脉搏信号处理与特征提取目标信号检测的关键是提取信号的特征。
在实际中,目标信号总是淹没在大量的杂波或干扰中,而且目标信号的幅值或功率较杂波或干扰信号可能还低得多,这就需要进行有效的信号处理。
时域分析法：目前国内对脉象信号的特征提取方法,多数采用时域分析法,即在时间方向上分析波动信号的动态特征,通过对主波、重搏前波、重搏波的高度、比值、时值、夹角、面积值的参量分析,找出某些特征与脉象变化的内在联系[2]。
时域分析法包括直观形态法、多因素识脉法、脉象速率图法、脉图面积法。
直观形态法。
频域分析法：频域分析主要是通过离散快速傅里叶变换,将时域的脉搏波曲线变换到频域,得到相应的脉搏频谱曲线,通过频谱曲线的特征分析,从中提取与人体生理病理相应的信息,实现脉象分类。
与时域分析不同, 脉搏信号的频域特征可分辨性好, 因此80年代以来国内外一些学者开始在频域内对脉搏信号进行分析[3，4，5，6，7] , 初步取得了有意义的结果。
这种从频域和能量的角度来分析脉搏信号的思想是十分正确的。
我们从能量角度研究了几种不同疾病脉搏信号的特征频域特征和差异, 利用频域分析的延伸技术——倒谱与同态解卷,首次估计出了人体脉搏系统的传递函数, 分析了脉搏系统的频率特性[8]。
时频联合分析法：是把一维信号或系统表示成一个时间和频率的二维函数,时频平面能描述出各个时刻的谱成分。
常用的时频表示方法有短时傅立叶变换和小波变换(WT) 。
短时傅立叶变换(STFT)方法：是一种广义情形,是一种线性时频表示方法,它依赖于被分析信号的线性特性,即信号的频谱与在数据中提供正弦成分的幅度成线性比例。
其最主要的优点是容易实现、计算简洁有效,而它主要的缺陷是时间和频率分辨率在整个时频平面上固定不变。
另外的限制是对一个特殊的信号,需要一个特殊的窗才能得到最佳分辨率。
小波变换(WT)：是另外一种重要的线性时频表示,它在时频平面上具有可变的时间和频率分辨率,把FT 中的正弦基函数修改成在整个时频平面上具有可变时频分辨率的基函数,使得它在高频区域能够提供高的时间分辨率,而在低频区域能够提供高的频率分辨率。
小波变换这种独特的能力使其成为分析脉搏这种非平稳信号的有力工具[9]。
在目前已知的小波函数中,复值调制的Gaussian 函数是使用最高的小波之一。
1.3本课题的主要工作任务本课题的主要任务是应用LabVIEW做出人体脉搏信号的采集与分析系统，具体的工作有：（1）熟练使用LabVIEW图形化编程工具。
（2）学习数字信号处理中时频变换的基本理论。
（3）了解模式识别中语音识别系统的基本概念和分析方法。
（4）学习数据压缩中的基本思想。
（5）学习误差理论与数据处理的基本理论与方法。
（6）搭建出数据采集系统，使人体脉搏信号可以在计算机上显示。
（7）自动调整脉搏时域信号波形基线位置和波形的放大倍数。
（8）将时域信号坎头去尾，整周期存贮起来。
（9）到医院和学校进行数据的采集。
（10）能够将采集的数据调出来并进行各项分析，搭建基于脉图面积法的k值的计算模块和脉搏波下降沿一阶导数为负占整个下降沿的百分比的计算模块，对时域信号进行FFT变换，之后把频谱数据存储起来。
（11）调用频谱数据，应用了两种方法将频谱中各次谐波提取出来，以db值，绝对值和向量的形式存储起来。
（12）整理各种分析方法所得出的数据，存储到EXCEL中。
（13）应用EXCEL里面的各种数学函数对数据进行统计分析并建立图表。
（14）比较各种分析方法的优劣并得出结论。
第2章脉搏信号的采集系统2.1 脉搏信号采集分析系统总体设计方案开发脉搏采集虚拟仪器系统应着重考虑以下几个问题:（1）问题提出:脉搏采集虚拟仪器需要完成的主要功能是读进传感器中的数据，并且显示和存储起来。
要以什么方式来实现这些功能，硬件和软件之间的数据如何传送；当系统做好后，要考虑数据去哪里采集，采集多少样本，采集的过程中的误差怎么避免，传感器的位置对测量结果的影响有多大。
在接下来的章节中要逐一解决以上问题。
对采集来的数据进行分析时，主要有时域和频域两种分析方法，前者的研究工作做过不少，因为时域上的波形给人的感觉比较直观。
目前国内对脉象信号的特征提取方法,多数采用时域分析法,即在时间方向上分析波动信号的动态特征,通过对主波、重搏前波、重搏波的高度、比值、时值、夹角、面积值的参量分析,找出某些特征与脉象变化的内在联系。
时域分析法包括直观形态法、多因素识脉法、脉象速率图法、脉图面积法、直观形态法。
这其中也有一些方法值得尝试，但是这些方法的效果还是有待考究的，本文也会用这些方法进行分析，并提出一些新的分析方法做出对比，找出正常人与病人脉象之间的差异。
虽然时域描述比较简单，但它不能反映数据的频率结构。
为此，人们经常对数据进行频谱分析，研究其频率成分及格频率成分的强度，将信号变换到频域中后，许多包含在其中的信息就变得更为明显。
这就是数据的频域描述。
频域变化可以看到时域波形中细微的频率变化。
频域分析主要是通过离散快速傅里叶变换,将时域的脉搏波曲线变换到频域,得到相应的脉搏频谱曲线,通过频谱曲线的特征分析,从中提取与人体生理病理相应的信息,实现脉象分类。
与时域分析不同, 脉搏信号的频域特征可分辨性较好。
本文也介绍了几种频域中提取特征值的方法，并且与之前的学者所用的方法进行比较。
数据采集系统、时域分析系统和频域分析系统的连接框图如图2-1所示。
（2）硬件选择:需要在各式各样的传感器当中选择一种结构简单、功能强大的传感器。
由于要去医院和学校采集脉搏数据，要求传感器携带方便，并且要与计算机有接口。
（3）软件编程:编程之前需要把所需要实现的功能框架画出来，编程时根据需要选择一定的功能模块，构建框图程序结构，可编出高效的程序，实现脉搏采集虚拟仪器面板上的各种功能。
LabVIEW是图形化编程语言，它提供的是图形化功能模块，精心合理的组织这些功能模块就能完成所需要的要求。
图2-1系统总体框图2.2 硬件设计英国人最早设计了以弹簧为动力的杠杆式脉搏传感器, 并记录了桡动脉脉搏波。
之后, 应变计式、光电式、压电晶体式、电阻压力式等直接“接触式”的脉搏传感器陆续问世, 使脉搏检测技术在临床和基础医学研究中得到了广泛应用。
这些传感器的原理不尽相同, 测出的脉搏信号成分亦不完全相同。
用测压式传感器检测的脉搏信号通常称为压力脉搏波，用容积式传感器检测的脉搏信号称为容积脉搏波。
而对桡动脉处的脉搏信号, 目前主要是用国内生产的各种“接触式”压力传感器检测, 它们测取的是寸口组织的力变化量[10]。
除此之外，还有光电式脉搏传感器，是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，光电式脉搏传感器具有结构简单、无损伤、可重复好等优点。
但是由于动脉波动引起的光强变化比背景光的变化微弱得多，测量出来的信号容易受到其它光线的影响。
通过光电转换得到的包含脉搏信息的电信号一般也比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰。
本次课程设计选用了合肥华科电子技术研究所研制的HK-2000C集成化数字脉搏传感器。
它将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路、程控放大电路、基线调整电路、A/D转换电路、串行通信电路集成在传感器内。
主要应用于无创心血管测试，中医脉象诊断。
灵敏度高；抗干扰性能强；过载能力大；一致性好；性能稳定可靠；使用寿命长。
在使用过程中，将本模块插入USB口后计算机提示发现新硬件，之后按照向导安装光盘DRIVE 目录下的驱动程。
驱动程序安装后，在计算机上生成一虚拟 COM 口，编写应用程序时将通讯口设置为虚拟COM口。
由于虚拟COM口号一般为COM3或者COM4。
传感器外观图如下所示：图2-2 传感器外观图（1）硬件接口：USB接口。
（2）接口协议：通讯速率：9600 bps；数据格式：8位数据+1位停止位（3）技术指标：输出高电平大于VCC-1.5V 输出低电平小于0.2V灵敏度2000uV/mmHg 灵敏度温度系数1×10-4/℃精度0.5% 重复性0.5%迟滞0.5% 过载100倍电源电压3～12VDC 压力量程-50～+300mmHg2.3 软件设计2.3.1虚拟仪器LabVIEW开发环境简介2.3.1.1虚拟仪器概述20多年前，美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出。
“软件即是仪器”的虚拟仪器(Virtual Instruments，又称VI)概念，引发T传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创。