可監(jiān)測(cè)人體脈搏波及心率的健康鼠標(biāo)

　　脈搏波的波形特征與心血管疾病密切相關(guān)，為此用戶需要一種簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)的便攜裝置。通過安裝在正常使用鼠標(biāo)時(shí)大拇指觸摸到的鼠標(biāo)位置的反射式脈搏波光電傳感器采集脈搏波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換后，利用單片機(jī)對(duì)脈搏波信號(hào)處理并得出心率數(shù)據(jù)，最后通過USB接口連接電腦端軟件顯示。將鼠標(biāo)和反射式光電傳感器結(jié)合制成成品之后，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，傳感器能夠很好的測(cè)得手指脈搏波并輸出。這種可監(jiān)測(cè)人體脈搏波及心率的健康鼠標(biāo)可以在用戶使用鼠標(biāo)的不經(jīng)意狀態(tài)時(shí)檢測(cè)并記錄脈搏波及心率。

　　人體脈搏波中蘊(yùn)藏著豐富的生理病理信息，大量的臨床實(shí)測(cè)結(jié)果證實(shí)，脈搏波的特征與心血管疾病有著密切的關(guān)系。脈搏波所表現(xiàn)出來的形態(tài)、強(qiáng)度、速率與節(jié)律等方面的綜合信息的確在相當(dāng)程度上反映出人體心血管系統(tǒng)的許多生理和病理特征。因此采用簡(jiǎn)單易懂的方法獲得人體脈搏波就顯得很重要。

　　文獻(xiàn)［2］描述的脈搏波計(jì)測(cè)裝置，具有脈搏波采集功能，但是測(cè)量之前需要用戶利用袖帶將壓力傳感器按壓在動(dòng)脈上，袖帶給用戶帶來較大不便；文獻(xiàn)［3］描述的脈搏波檢出裝置和脈搏波檢出方法，具有脈搏波采集功能，但是需要使用多個(gè)壓力傳感器，儀器較大，不便于用戶測(cè)量；文獻(xiàn)［4］描述的脈搏波測(cè)定裝置，具有脈搏波采集功能，但是傳感器被按壓到患者的手腕上，同時(shí)需要袖帶固定，不便于用戶測(cè)量；文獻(xiàn)［5］描述的一種光電檢測(cè)頻譜分析高分辨率指端脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)，具有無創(chuàng)脈搏波檢測(cè)功能，但是僅為單一檢測(cè)裝置，不能與生活物品結(jié)合方便用戶測(cè)量等不足；文獻(xiàn)［6］描述的監(jiān)測(cè)使用者生理訊息的鼠標(biāo)，具有正常鼠標(biāo)功能及脈搏波采集功能，但是需要用戶將手指移動(dòng)到特定位置測(cè)量，測(cè)量的同時(shí)無法正常使用鼠標(biāo)等不足。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　本文提出了一種可監(jiān)測(cè)人體脈搏波及心率的健康鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，其系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)共分為九個(gè)部分：反射式脈搏波光電傳感器、脈搏波信號(hào)濾波電路、脈搏波信號(hào)放大模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊、鼠標(biāo)控制模塊、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊以及Micro USB接口。如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　通過反射式脈搏波光電傳感器采集到包含人體多種生理參數(shù)的信號(hào)，然后由脈搏波信號(hào)濾波電路與脈搏波信號(hào)放大模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并和鼠標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)在鼠標(biāo)數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)采集處理共用的單片機(jī)控制模塊匯集，經(jīng)過進(jìn)一步處理之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸模塊形成適合傳輸?shù)诫娔X端的信號(hào)形式，再經(jīng)由Micro USB接口傳輸?shù)诫娔X端進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理和顯示。

1.1 反射式脈搏波光電傳感器

　　將反射式脈搏波光電傳感器放在正常使用鼠標(biāo)時(shí)大拇指所處的位置上（見圖2），采用HG40系列反射式傳感器，紅外發(fā)光二極管作為快速光源，3DU5系列光電三極管作為接收管，組成紅外發(fā)射-接收對(duì)管。光從紅外發(fā)光二極管快速光源發(fā)出后，透過皮膚和組織，除一部分光被皮膚、肌肉、血液和指甲等吸收外，一部分由血液反射回，由3DU5系列光電三極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳感器外部覆有直徑1 cm的濾光片，對(duì)外部光源進(jìn)行過濾。

圖2　鼠標(biāo)整體結(jié)構(gòu)圖

　　1.2 信號(hào)初步處理電路

　　本電路由脈搏波信號(hào)濾波電路、脈搏波信號(hào)放大模塊兩個(gè)模塊組成，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大。如圖3，圖4所示。

圖3　脈搏波信號(hào)濾波電路

圖4　脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊

　　脈搏波濾波電路輸入端與反射式脈搏波光電傳感器輸出端連接，對(duì)50 Hz工頻干擾信號(hào)進(jìn)行濾除，并傳輸至脈搏波數(shù)據(jù)放大模塊。