醫學論文開題報告2015

　　篇一

　　一、課題任務與目的

　　1.課題任務

本課題是基於單片機的脈搏波提取電路的設計。設計採用數模轉換器MAX1240芯片組成AD轉換電路加上帶通濾波電路、放大電路進行電壓數據採集，然後將採集的脈搏信號即模擬電壓值轉換爲12位數字值輸入給單片機，單片機再將此數據處理爲2個字節，低字節爲低8位數據，高字節的低4位爲數字電壓值的高4位，進行數據處理後在通過串口將數據發送出去。

　　2.課題目的

進一步瞭解單片機，掌握信號調理部分電路組成及設計方法，以及單片機設計數據信號採集電路的方法。

　　二、調研資料情況

當前脈搏波檢測系統有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應變式脈搏傳感器。近年來光電檢測技術在臨牀醫學應用中發展很快，這是由於光能避開強烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病人各種症狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息是當前最好的方法。

脈搏波檢測系統的數字化設計方法:從脈搏波中提取人體的生理病理信息作爲臨牀診斷和治療的依據，歷來都受到中外醫學界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作爲診斷疾病的手段。脈搏波所呈現出的形態(波形)、強度(波幅)、速率(波速)和節律(週期)等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統中許多生理病理的血流特徵,因此對脈搏波採集和處理具有很高的醫學價值和應用前景。但人體的生物信號多屬於強噪聲背景下的低頻的弱信號, 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號, 必需經過放大和後級濾波以滿足採集的要求。

目前的指端脈搏檢測系統都是採用模擬技術來完成濾波,放大整型等處理，再經過模數轉換和進一步處理。這種方法不僅增加了硬件的複雜程度，增大了功耗和體積，更主要的是增加了系統不可靠和不穩定因素。隨着電子測量技術的迅速發展，現代電子測量儀器以極快的速度向數字化、自動化的方向發展。

　　關於脈搏波的波形

脈搏波是心臟的搏動(振動)沿動脈血管和血流向 外周傳播而形成的，因此其傳播速度取決於傳播介質的物理和幾何性質--動脈的彈性、管腔的大小、血液的密度和粘性等，特別是與動脈管壁的彈性、口徑和厚度 密切相關。實驗發現動脈血管的彈性越大(即順應性越大)，則脈搏波的傳播速度越小;動脈管徑越小，速度越大。故通常沿主動脈到大動脈、再到較小動脈，脈搏 波的傳播速度越來越大。

脈搏波週期圖的標誌點特徵與其對應的生理因素有着密切的聯繫，其對心血管功能參數指標信息的正確提取有着重要影響。如圖1所示，b單波起點(主動脈脈瓣開放點)，c主波波峯(主動脈最高壓力點)，d重搏前波波峯(c點壓力下降後第一個拐點，是左心室射血衝擊主動脈發生彈性振動造成的)，e舒張期開始點，f重搏波波谷(房室瓣開始打開，左心室開始充盈的標誌點)，g重搏波波峯(f點後動脈壓力繼續上升的一個高峯)。Ps爲收縮壓，Pd爲舒張壓，Pm1爲收縮期平均壓，Pm2爲舒張期平均壓。

　　三、初步設計方法與實施方案

總體流程爲：先由脈搏波信號提取模塊的HK2000B型壓電脈搏傳感器提取脈搏波，然後進入脈搏信號調理模塊進行濾波放大，之後將調理好的數字波送到A/D轉換模塊，由MAX1240轉換爲模擬波形在傳入單片機處理，最後單片機處理完成的波由串口通信模塊傳遞給PC機。

　　1.脈搏信號提取模塊

當前，中醫臨牀上最常用的取脈方法是獨取寸口法，此處動脈行徑較固定，解剖位置較淺，毗鄰組織較分明，因此成了脈診有利位置。本課題採用HK2000B型壓電脈搏傳感器，其精度小靈敏度高，輸出爲模擬信號。

　　附其出廠技術指標;

(1)電源電壓：DC5—6V;

(2)壓力量程：-50—+300mmHg;

(3)靈敏度：2000μV/mmHg;

(4)靈敏度溫度係數：0.0001/°C;

(5)精度：1.5%;

(6)重複性：0.5%：

(7)遲滯：0.5%;

(8)過載：100倍。

2.脈搏信號調理模塊

(1)濾波電路

常規脈搏信號的主要頻帶範圍是0.1—40Hz。爲防止處於干擾環境是脈搏信號中混入各種噪聲，因此在本系統中設計了通帶頻率爲0.1—40Hz的帶通濾波電路，將脈搏信號的有用成分從採集到的信號中分離出來。本課題帶通濾波器將採用44Hz的二階低通濾波器級聯0.1Hz的二階高通濾波的方法實現。

(2)放大電路

使用三極管與電阻組成一個放大電路，參考倍數爲8—10倍，具體放大倍數在仿真時可以測試出來。

3.A/D轉換模塊

MAX1240稱作模數變換器;簡稱“模數轉換器”。把模擬量轉換爲數字量的裝置。在計算機控制系統中，須經各種檢測裝置，以連續變化的電壓或電流作爲模擬量，隨時提供被控制對象的有關參數(如速度、壓力、溫度等)而進行控制。計算機的輸入必須是數字量，故需用模數轉換器達到控制目的。

　　主要參數

1.2.7V—3.6V單電源供電。

2.分辨率爲12位。

3.最大采樣率73K次/秒。

4.低功耗，37Mw(73Ksps),5Uw(待機工作)。

5.內部提供採樣/保持電路。

6.內部提供轉換時鐘。

引腳3(即SHDN)爲控制端，其值取0爲待機工作模式，取1爲正常工作模式，也可懸空，此時內部電源無效，可在管腳3(Vref)外接參考電源。

4.單片機模塊

本課題採用AT89S52單片機，由於MCS-51系列單片機造價低廉且通用性好，市場應用成熟，其中AT89S52低功耗，高性能方便各類程序測試調試，很是適合本設計故而選它作爲課題單片機。

5.串行通信模塊

串行通信可分爲異步傳送和同步傳送兩種形式，異步傳送的特點是數據在線路上傳送不連續，但通信雙方必須事先約定傳送的字符格式和波特率。同步傳輸的速度高於異步傳輸，但硬件設備較複雜，而且對同步時鐘信號的相位一致性要求嚴格。

下面是對串行通信的幾個一致的概念和標準：

1)傳輸率：即波特率，範圍一般110—9600。

2)RS232-C：EIA電平與TTL電平轉換，需要電平轉換芯片MAX3232。

3)3.0—5.5V電源供電。

4)300μA低供電電流。

5)只需外接0.1μF電容。

6.電源模塊

脈搏調理電路需求-5,V+5V模擬電源，單片機需求5V數字電源，A/D轉換器和MAX3232需求3.3V數字電源，數字電源需和模擬電源分離。

　　四、預期結果

完成脈搏波提取的電路並仿真成功，能夠測試記錄波形，順利且條件允許的情況下將進行硬件操作，最後完成畢業設計論文的編寫。

　　五、進度計劃

第一、二、三、四周：調研資料。

第五、六、七週：將找到的資料進行分析，學習。

第八、九、十、十一週：開始進行電路的設計，仿真。

第十二、十三週：調試電路並進行最後的修改。

第十四、十五週：撰寫畢業論文。

第十六週：完成畢業設計，老師審查，並完成畢業答辯。