【正文】 容豐富，是中醫(yī) “ 整體觀念 ” 、 “ 辨證論證 ” 的基本精神的體現(xiàn)與應用。脈診作為 “ 綠色無創(chuàng) ” 診斷的手段和方法，得到了中外人士的關注。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡便、無創(chuàng)、無痛的特點易為患者接受，然而在長期的醫(yī)療 實踐中也暴露出一些缺陷。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對脈象機理的研究。脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學發(fā)揚光大，促進脈診的應用和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相結合，實現(xiàn)更科學、客觀的診斷。 醫(yī)院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部 的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)。為了節(jié)省時間，一般不會作 1 分鐘的測量，通常是測量 10 秒鐘時間內心跳的數(shù)，再把結果乘以 6 即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運用到醫(yī)學上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學診斷方法。 早在 1860 年 Vierordt 創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內 20 世紀 50 年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機械及電子技術的發(fā)展，國內外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是 70 年代中期，國內天津、上海、江 西等地相繼成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組，多學科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了一個新的境界。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成 ,脈象探頭的主要原件有應變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、 PVDF 壓電薄膜等，其中以單部單點應變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設計。 目前脈搏測量儀在多個領域被廣泛應用，除了應用于醫(yī)學領域，如無創(chuàng)心血管功能 2 檢測、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應用也不斷拓展，如運動、健身器材中的心率 測試都用到了技術先進的脈搏測量儀。 脈搏測量儀的發(fā)展與應用 隨著科學技術的發(fā)展，脈搏測量技術也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關鍵是對脈搏傳感器的研究。起初用于體育測量的脈搏測試集中在對接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測量儀各有其優(yōu)缺點。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會使測量靈敏度下降：耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。但因耳脈較弱，尤其是當季節(jié)變化時，所測信號受環(huán)境溫度 影響明顯，造成測量結果不準確。 過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器，如便攜式電子血壓計，可以完成脈搏的測量 ,但是這種便攜式電子血壓計利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺點。 近年來國內外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電 容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。具有結構簡單、無損傷、精度高、可重復使用等優(yōu)點。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應用到臨床醫(yī)學等各個方面并收到了理想效果。 人體心室周期性的收縮和舒張導致主動脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波。從脈搏波中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學界的重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律 (周期 )等方面的綜合信息，在很大 程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 ,因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學價值和應用前景。但人體的生物信號多屬于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 ,因此必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。 3 2 脈搏測量儀系統(tǒng)結構 脈搏測量儀的設計，必須是通過采集人體脈搏變化引起的一些生物信號，然后把生物信號轉化為物理信號，使得這些變化的物理信號能夠表達人體的脈搏變化，最后要得出每分鐘的脈搏次數(shù)，就需要通過相應的硬件電路及芯片來處理物理變化并存儲脈搏次數(shù)。在硬件設計中一般的 物理信號就是電壓變化，有了這個系統(tǒng)的設計思路，本課題就此開始實施。 光電脈搏測量儀的結構 光電脈搏測量儀是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測脈搏跳動的紅外光轉換成電信號，用電子儀表進行測量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號處理、單片機電路、數(shù)碼顯示、電源等部分。 （ 1） 光電傳感器 即將非電量 (紅外光 )轉換成電量的轉換元件，它由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關系 (通常是線性關系 )轉換成便于測量的物理量 (如電壓、電流或頻率等 )輸出。 （ 2） 信號 處理 即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路 (包括放大、整形等 )。 （ 3） 單片機電路 即利用單片機自身的定時中斷計數(shù)功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心率（包括AT89C5外部晶振、外部中斷等）。 （ 4） 液晶 顯示 即把單片機計算得出的結果用 1602LCD 來顯示，便于直接準確無誤的讀出數(shù)據(jù)。 （ 5） 電源 即向光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以是 5V 直流的穩(wěn)壓電源。 工作原理 本設計采用單片機 AT89C51 為控制核心，實現(xiàn)脈搏測量儀的基本測量功能。脈搏測量儀硬件框圖如下圖 所示： 4 圖 脈搏測量儀的工作原理 當手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收 二 極管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應，紅外接收三極管的電流也跟著改變，這就導致紅外接收三極管輸出脈沖信號。該信號經(jīng)放大、濾波、整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機的外部中斷信號。單片機電路對輸入的脈沖信號進行計算處理后把結果送到數(shù)碼管顯示。 光電脈搏測量儀的特點 與 傳統(tǒng)的脈搏測量儀相比，光電式脈搏測量儀具有以下特點： （ 1） 測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，通常在體外。 （ 2） 傳感器可重復使用且速度快，精度高。 （ 3） 測試的適用電壓為 5V 的直流電壓。 （ 4） 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。 （ 5） 由于結構簡單，因此體積小、重量輕、性價比優(yōu)越。 （ 6） 測量的有效范圍為 50 次 300 次 /分鐘。 外部中斷信號 光電傳感器 低通放大器 比較和整形 單片機 AT89C51 液晶 顯示電路 外部晶振 5 3 硬件系統(tǒng) 控制器 本系統(tǒng)基于 51 系列單片機來實現(xiàn)，因為系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，我們最終選擇了 AT89C51 通用的比較普通單片機來實 現(xiàn)系統(tǒng)設計。 AT89C51 簡介 AT89C5l 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89CSl單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 AT89C51 的特點 （ 1） 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 （ 2） 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 （ 3） 1000 次擦寫周期 （ 4） 全靜態(tài)操作： OHz24MHz （ 5） 三級加密程序存儲器 （ 6） 128*8 字節(jié)內部 RAM （ 7） 32 個可編程 I／ O 口線 （ 8） 2 個 16 位定時／計數(shù)器 （ 9） 6 個中斷源 （ 10） 可編程串行 UART 通道 （ 11） 低功耗空閑和掉電模式 AT89C51 的結構 此次設計所使用的 AT89C51 的封裝形式是 DIP40。如圖 所示。 6 圖 AT89C51 的封裝形式 引腳功能： Vcc：電源電壓 GND：接地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1” 可作為高阻抗轉入端用。 Pl 口： P1 是 — 個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電萌。 P2 口： P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫 “ 1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P3 口： ① 可以作為輸入 /輸出口，外接輸入 /輸出設備。 ② 作為第二功能使用，每一位功能定義如表 所示。 7 表 P3 口的第二功能 RST：復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE(地 址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振器頻率的 1／ 6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 PSEN：程序存儲允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51 由外部程序存儲器取指令 (或數(shù)據(jù) )時．每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN信號不出現(xiàn)。 EA／ VPP： EA ＝ 0，單片機只訪問外部程序存儲器。 EA ＝ 1，單片機訪問內部程序存儲器。 XTALI： 振蕩器反相放大器 的及內部時鐘發(fā)生器的輸入