1、引言

　　正常人的脈搏和心跳是一致的，脈搏的頻率受年齡和性別的影響，嬰兒每分鐘120－140次，幼兒每分鐘90－100次，學齡期兒童每分鐘80－90次，成年人每分鐘70－80次。另外，運動和情緒激動時可使脈搏增快，而休息、睡眠則使脈搏減慢。成人脈率每分鐘超過100次，稱為心動過速；每分鐘低于60 次，稱為心動過緩。臨床上有許多疾病，特別是心臟病可使脈搏發生變化。因此，測量脈搏對病人來講是一個不可缺少的檢查項目，中醫更將捫脈作為診治疾病的主要方法。診脈治病是中醫學中的一門深不可測的學問。通過診脈治病是許多老中醫集一生甚至幾代人的不懈努力積累的極其寶貴的經驗。睡眠障礙是許多疾病形成和發展的主要原因，入睡困難是失眠中最常見的一種現象，而其原因大多是由于不能抑制延綿不斷的思緒引起的，如何有效地監測人們的睡眠狀態，控制睡眠中的“思緒”，改善睡眠質量，同時為突發疾病的早期診斷和預報提供可靠的保障，值得人們特別重視。隨著科學的發展，脈搏的跳動可以通過傳感器利用微處理器十分準確地顯示并記錄下來。通過對比分析正常人的脈搏和測量對象的脈搏就可以迅速準確的獲得測量對象的生理情況，如遇危險還可對相關人員發出警報。該研究建立在多學科交叉滲透的基礎上，是計算機技術、生物醫學及信號處理技術的完美結合。

　　2、PVDF薄膜脈象傳感器

　　PVDF薄膜脈象傳感器雖然適合脈搏測量的要求，但存在許多缺點：①具有位置相關性。由于是壓力傳感器，只有傳感器精確定位于有脈搏波動存在的體表動脈處，才能有脈動的信號輸出；②傳感器敏感性強，對微動信號會有放大作用，因此人體的隨機運動易引入干擾；③傳感器外殼為金屬銅質，直接與皮膚接觸會引入50Hz工頻干擾。因此傳感器輸出的模擬信號并不能正確反映動脈所引起的體表脈搏波動，需對信號進行一定的處理。

　　圖1 液壓膠囊示意圖

　　針對以上不足，利用“液體傳遞壓強”的性質，設計了一個橡膠質全封閉液囊，圖1為液壓膠囊簡圖。該膠囊外形為扁平帶狀，上下橡膠壁厚為0.5mm，空腔厚度為2mm，圖中A處安裝傳感器，并使傳感器的感應面貼于膠囊上壁，膠囊下壁緊貼皮膚，利用橡膠的彈性使膠囊與手腕皮膚貼合，增大了傳感器感應面積。從兩端B處穿入腕帶，可將傳感器佩帶于手腕上，且液壓囊只要有一點面積與手腕橈動脈接觸，脈搏波動就會由囊中的液體傳導至傳感器的感應面，解決了傳感器位置相關性問題。用汽油機機油作為傳壓介質，實驗發現：機油物理特性粘稠，一些微弱瞬變波動不易被傳導，起到了抗干擾和低通濾波的作用；機油比熱容大，其溫度隨外界變化并不明顯，增強了佩帶舒適性。機油粘稠且慣性較大，能對肌膚背景隨機擾動有一定的阻隔作用，同時對脈搏的傳遞也有一定的衰減，實際測量發現對一個波動周期中的“強”和“弱”衰減不一樣，這個問題反映在得到的脈搏波形圖中谷底的形態偏離較大。對于這個問題可利用軟件加以校正。另外，用對皮膚無刺激的絕緣導熱橡膠制作液壓膠囊，隔斷了傳感器金屬外殼和皮膚的直接接觸，50Hz干擾也被隔除。導熱性使手腕處體表溫度的傳導成為可能，增加了可測量的生理信號。

　　3、傳感器信號處理

　　脈搏傳感器所輸出的電信號過于微弱，必須對其放大后再輸出給模數轉換元件。按人體脈搏在運動后最高跳動次數２４０次／ｍｉｎ計算來設計低通放大器，并由ＩＣ２Ａ和Ｃ０４等組成，如圖2所示。轉折頻率由Ｒ０７、Ｃ０４、Ｒ０８和Ｃ０５決定，放大倍數由Ｒ０８和Ｒ０６的比值決定。

　　圖2 低通濾波器圖

　　根據二階低通濾波器的傳遞函數： 可得放大倍數為：，取0.707倍零頻增益計算高頻轉折頻率： ，按人體脈搏最高考慮40HZ，低頻特性是令人滿意的。為了提高測量的準確性，可采用圖3電路。

　　脈搏信號分析的研究對象是信號，尤其是非平穩和時變信號，信號分析方法可采用時頻分析，它的主要任務時描述信號的頻譜含量怎樣隨時間變化，以便能在時間和頻率上同時表示信號的能量和強度，得到這種分布后就可以對各種信號進行分析處理，提取信號中所包含的特征信息，以及綜合得到具有期望的視頻分布特征的信號。在這里，采用時域分析法。

　　圖3 二級放大器和比較器