基于LabVIEW的脈搏測量儀設計

李亞妹，周云

（重慶機電職業技術大學，重慶，402760）

0 前言

在人體的眾多信息中，脈搏波包含許多重要的生理和病理信息,尤其是與人體心血管系統相關的信息[1]。隨著對心血管病變研究的逐漸深入，我們發現血管壁的病變是心血管事件發生的基礎。在眾多檢測脈搏波的方法中，可以采用脈搏波速度（PWV）測定法來觀察動脈壁的擴張性和硬度[2]，因此需要利用合適的方式方法采集有效的脈搏波信號，并且后續對其進行合理的信號處理以及相關參數的計算分析，從而實現心血管疾病的監測和預防。

本設計在完成體溫脈搏測量儀基本硬件設計的基礎上，利用合泰單片機進行系統的軟件設計，并采用LabVIEW軟件進行上位機設計，本文所設計的家用式體溫脈搏測量儀主要特點包括以下幾點：（1）脈搏、溫度數據的自動采集和存儲；（2）基于LabVIEW軟件開發的上位機應用程序能進行人體參數采集、顯示和存儲等良好的人機交互界面；（3）根據測量結果輸出相應的電子或紙質文檔，方便醫護人員保存，并為后期臨床診斷提供可靠的數據；（4）基于電池或者USB供電的設計方便隨身攜帶和實時實地的檢測。

1 脈搏測量儀軟件設計

1.1 系統主程序流程

系統主程序流程圖如圖1所示。開機后，系統進行初始化，包括獲取AD初始化，端口初始化，串口中斷初始化等。系統進入工作狀態，這時可選擇進行脈搏測量還是體溫測量。根據選擇情況，進入相應模塊進行相應的運算處理，測試結果通過USB口傳輸到上位機中，在上位機中顯示出相應的波形和數據。

圖1 系統主程序流程圖所示

1.2 定時器中斷設計

為了準確的控制采樣時間，需要采用定時器中斷來控制AD進行采樣。定時器流程圖如圖2所示，設置定時器初始值，然后啟動定時器，當程序設定的定時時間到時，開始進行A/D采樣。通過這樣的方式控制采樣的時間，以保證可以實時、準確的采集信號，并將信號及時送入單片機進行處理，得到相對精準的脈搏和溫度信號處理結果，提高測量儀準確度和穩定性。

圖2 定時器流程圖

1.3 基于LabVIEW的上位機設計

使用傳統的程序設計語言開發儀器系統存在許多困難，開發者不僅要關心程序流程，還必須考慮用戶界面、數據同步、數據表達等復雜的問題，這些問題在LabVIEW[3]中都迎刃而解。LabVIEW的應用在醫學信號采集系統開發中具有開發周期短、操作簡單、界面友好、使用靈活等特點。

體溫脈搏測量儀采用進行醫學信號采集，方案靈活、快捷。體溫、脈搏信號測量、處理之后再LabVIEW上通過數據和波形直觀的顯示出來，方便用戶使用和參考。主要包括界面、體溫測試界面、脈搏信號采集界面和脈搏信號分析界面。在脈搏信號檢測方面，經過硬件處理可得到完整性較好、基線穩定、振幅適中的脈搏波形。測量儀利用壓力傳感器同時測量人的手腕動脈和頸動脈兩個不同的脈搏波，將數據傳送給PC機，可清晰得觀察到兩路脈搏波波形的特征點。通過分析兩組波形相鄰波峰的時間差t，然后分別測量出心臟到手腕測量點的距離La和心臟到頸動脈測量點的距離Lb，脈搏波波速PWV[4]寫為：

PWV=（Lb-La）/t

由于血液是含在彈性管道[5]（動脈血管）中的不可壓縮的液體，能量的傳播主要是發生在動脈壁上而不是通過血液進行，因此動脈壁的性質、厚度和動脈腔徑是影響脈搏波傳導速度（PWV）的主要因素。根據PWV可以知道管壁彈性情況。若血管出現了彈性硬化現象，則血流的速度會加快。硬化的程度越高，速度越快。

該測量儀經過計算后，得到PWV值，生成相應的脈搏波波速測量報告，輸出電子或紙質文檔，供用戶或醫護人員保存和參考。

2 測試結論和應用前景展望

對家用式體溫脈搏測量儀主要功能進行測試。將脈搏傳感器分別綁在頸動脈和手腕動脈上，測試脈搏波輸出信號，測試結果如下圖3、圖4所示。

圖3 脈搏波波速測量圖

圖4 脈搏波分析效果圖

測試體溫測量模塊，將PT1000進行外部加熱，可以看到上位機顯示如下圖5所示。

圖5 體溫測試圖

根據測試結果，可以看出家用式體溫脈搏測量儀功能效果滿足設計要求，與期望效果一致。綜上所述本測量儀能夠實現測試者體溫，脈搏的參數自動測量，并能根據要求生成相應的報告。測量儀操作方便，也具有較高的測量精度和準度。人的脈搏波與人的身體機能好壞是密切相關，使用測量儀可以對心血管疾病進行初步的自身干預，提醒人們在依賴醫院檢查之外，可以加強對自身的疾病管理，加強預防心腦血管疾病的力度，具有較強的實用價值。本文設計的體溫脈搏測量儀具有價格低、操作方便、測量直觀、體積小等優點，大大節約檢測的人力和物力成本，具有傳統測量方法不可比擬的優勢，非常適用于家庭適用和社區醫療服務，具有一定的現實意義和應用前景。