CN115040103A - 一种新型的磁涡流式脉搏波检测方法与设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型的磁涡流方法用于测量人体脉搏波，并设计了一种新型的磁涡流式脉搏波检测设备。该设备由电源模块、振荡器模块、分频器模块、电流驱动模块、LC传感模块、电压检测模块、频率计数器模块以及处理显示模块构成。本发明可以克服现有脉搏波检测方法的一些缺点和不足，实现非接触式、不引人注目的和舒适度强的脉搏波连续检测。
Description
技术领域
本发明涉及医学信号检测领域，具体涉及一种磁涡流式脉搏波检测方法与设备。
背景技术
脉搏波是重要的生理参数之一，可以提供被检测者丰富的医学信息。长期连续的脉搏波信息在很大程度上可以反应心脏的健康状态，同时大量的临床实验检测结果证明，脉搏波可以为人体的生理或病理信息提供丰富的诊断和治疗依据。社会的人口老龄化导致医疗保健的费用和医疗资源的需求不断增加，开发可用于家庭以及远程医疗系统的新型长期脉搏波监测设备可以在一定程度上缓解该问题，越来越多的学者致力于该方面的研究。长期脉搏波监测设备理想上应无需复杂的操作安装方式以及清洁、更换电极等额外工作，也无需与人体皮肤直接接触以避免产生皮肤刺激，更理想的设备应是不易察觉且可以不引人注目地进行监测以降低使用者的情绪压力和负担。
目前，脉搏波的测量方法主要分为光电容积法、压力变换法和生物阻抗测量法。光电容积法的检测原理是基于心动周期中动脉血管的收缩和舒张运动引起的透射光或者反射光的变化，再将此变化通过接收装置转换为电信号，即为脉搏波信号。光电容积法需要功率发光管和探测板，功耗相对较大，不适合长时间连续检测，该方法一般用于指尖脉搏波的单次短时间测量。压力变换法又可以分为压电式、压阻式和基于加速度形式的脉搏波传感器，其测量原理都是通过将脉搏波的机械波动通过压敏器件转换为电信号的形式，以此获得脉搏波信号。压力变换法对压力的控制以及测量者和被测量者的要求都很高，会对人体产生压力负担。过强的压力会阻止血液循环，压力过小可能测量效果不佳，该方法不太适合长时间动态检测脉搏波。生物阻抗法的测量原理是通过在人体皮肤表面粘贴电极将交流激励引入人体内实现对血液的电阻抗特性检测，进而提取脉搏波信息。生物阻抗法一般需要克服基础阻抗、皮肤-电极接触阻抗的影响，同时需要较宽的动态范围，实现起来比较困难。且需要使用电极与人体皮肤直接接触，长期使用容易造成皮肤刺激以及电极脱落，不适用于长期监测脉搏波。
针对现有的脉搏波检测方法存在的问题和缺点，本发明提出一种新型的磁涡流法测量人体脉搏波，其测量原理是基于线圈与附近导体之间的电磁耦合测量导体的阻抗变化。在线圈中通入交流电流产生初级交变磁场，该磁场穿透其附近的人体组织，并诱导涡流进入其中，涡流激发二次交变磁场影响线圈，线圈的阻抗随着人体血液的阻抗变化而变化，通过对线圈阻抗变化的检测实现脉搏波信息的提取。该测量方法可以实现非接触式、不引人注目的和舒适度强的脉搏波连续检测。
发明内容
本发明提供了一种新型的磁涡流式脉搏波检测方法与设备。如图1所示，该发明由电源模块、振荡器模块、数字分频器模块、电流驱动模块、LC传感模块、电压检测模块、频率计数器模块以及处理显示模块构成。所述电源模块与其他所有模块相连，所述振荡器模块与分频器模块相连，所述分频器模块与电流驱动模块和频率计数器模块相连，所述电流驱动模块与LC传感模块相连，所述LC传感模块与电压检测模块相连，所述电压检测模块与电流驱动模块和频率计数器模块相连，所述频率计数器模块与电流驱动模块和处理显示模块相连。
电源模块，提供其他用电模块的所需电能。
振荡器模块，生成一定频率的交流电信号。
分频器模块，生成扫频序列用于配置电流驱动模块的交流电流频率，以及配置频率计数器模块的参考频率。
电流驱动模块，产生与扫频序列相匹配的不同频率的恒定幅值的交流电流，并以扫频的模式输出到LC传感模块；在电压检测模块的控制下维持固定频率的交流电流输出；在频率计数器模块的控制下开启新的电流扫频输出。
LC传感模块，由线圈与电容构成，线圈靠近待测物（胳膊、指端、腿部或颈部等人体组织）；在电流驱动模块的电流激励下线圈产生初级交变磁场作用于待测物；感应待测物由于涡流效应产生的次级磁场，将次级磁场转化为线圈的等效电感和等效电阻的变化，进而将其转化为LC传感模块的谐振频率的变化。
电压检测模块，检测LC传感模块两端的电压值，当检测到电压最大值时即LC传感模块发生谐振时，对电流驱动模块的交流电流频率进行锁定，使其维持固定频率的交流电流输出，并控制开启频率计数器模块对LC传感模块的谐振频率进行测量。
频率计数器模块，使用分频器模块配置的参考频率，在电压检测模块的控制下，对LC传感模块的谐振频率进行测量。测量完成后将频率测量结果输出到处理显示模块，并控制电流驱动模块开启新的电流扫频输出。
处理显示模块，对频率计数器模块的输出结果进行处理和显示。
附图说明：
图1为本发明提出的一种新型的磁涡流式脉搏波检测方法与设备；
图2为基于本发明搭建的磁涡流式脉搏波检测设备检测得到的颈动脉脉搏波波形图。
具体实施方式：
为了验证本发明的可行性，根据附图1搭建了一套磁涡流式脉搏波检测设备。该设备的扫频范围为100kHz-8 MHz,在无待测物靠近时LC传感模块的谐振频率约为2 MHz，采样频率为200Hz，采用10点的滑动平均滤波器对检测结果进行处理。使用该设备测得一名志愿者的颈动脉脉搏波信号如图2所示。
Claims (9)
1.一种新型的磁涡流式脉搏波检测方法与设备，其特征在于，使用一种新型的磁涡流法测量人体脉搏波，该发明由电源模块、振荡器模块、分频器模块、电流驱动模块、LC传感模块、电压检测模块、频率计数器模块以及处理显示模块构成，所述电源模块与其他所有模块相连，所述振荡器模块与分频器模块相连，所述分频器模块与电流驱动模块和频率计数器模块相连，所述电流驱动模块与LC传感模块相连，所述LC传感模块与电压检测模块相连，所述电压检测模块与电流驱动模块和频率计数器模块相连，所述频率计数器模块与电流驱动模块和处理显示模块相连。
2.根据权利要求1所述电源模块，其特征在于，提供其他用电模块的所需电能。
3.根据权利要求1所述振荡器模块，其特征在于，生成一定频率的交流电信号。
4.根据权利要求1所述分频器模块，其特征在于，生成扫频序列用于配置电流驱动模块的交流电流频率；配置频率计数器模块的参考频率。
5.根据权利要求1所述电流驱动模块，其特征在于，产生与扫频序列相匹配的不同频率的恒定幅值的交流电流，并以扫频的模式输出到LC传感模块；在电压检测模块的控制下维持固定频率的交流电流输出；在频率计数器模块的控制下开启新的电流扫频输出。
6.根据权利要求1所述LC传感模块，其特征在于，由线圈与电容构成，线圈靠近待测物（包括但不限于胳膊、指端、腿部和颈部等可测量人体脉搏波的部位）；在电流驱动模块的电流激励下线圈产生初级交变磁场作用于待测物；感应待测物由于涡流效应产生的次级磁场，将次级磁场转化为线圈的等效电感和等效电阻的变化，进而将其转化为LC传感模块的谐振频率的变化。
7.根据权利要求1所述电压检测模块，其特征在于，检测LC传感模块两端的电压值，当检测到电压最大值时即LC传感模块发生谐振时，对电流驱动模块的交流电流频率进行锁定，使其维持固定频率的交流电流输出，并控制开启频率计数器模块对LC传感模块的谐振频率进行测量。
8.根据权利要求1所述频率计数器模块，其特征在于，使用分频器模块配置的参考频率，在电压检测模块的控制下，对LC传感模块的谐振频率进行测量；测量完成后将频率测量结果输出到处理显示模块，并控制电流驱动模块开启新的电流扫频输出。
9.根据权利要求1所述处理显示模块，其特征在于，对频率计数器模块的输出结果进行处理（包括但不限于滤波处理）和显示。
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