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，幼兒每分鐘90－100 次，兒童每分鐘80－90次，成年人每分鐘70－80次。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。睡眠障礙是許多疾病形成和發(fā)展的主要原因，入睡困難是失眠中最常見的一種現(xiàn)象，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(jiān)測人們的睡眠狀態(tài)，控制睡眠中的“思緒”，改善睡眠質(zhì)量，加強(qiáng)突發(fā)疾病的早期診斷和預(yù)報，要特別重視。隨著科學(xué)的發(fā)展，脈搏的跳動可以通過傳感器利用微處理器十分準(zhǔn)確地顯示并記錄下來。通過分析對比正常人和測量對象的脈搏就可以迅速準(zhǔn)確的獲得測量對象的生理情況，如遇危險還可對相關(guān)人員發(fā)出警報。該研究建立在多學(xué)科交叉滲透的基礎(chǔ)上，是計算機(jī)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)及信號處理技術(shù)的完美結(jié)合。

1、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(guān)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(qiáng)，對微動信號會有放大作用，因此人體的隨機(jī)運動易引入干擾；③傳感器外殼為金屬銅質(zhì)，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(jìn)行一定的處理。針對以上不足，利用“液體傳遞壓強(qiáng)”的性質(zhì)，設(shè)計了一個橡膠質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)至傳感器的感應(yīng)面，解決了傳感器位置相關(guān)性問題。另外，用對皮膚無刺激的絕緣導(dǎo)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(dǎo)熱性使手腕處體表溫度的傳導(dǎo)成為可能，增加了可測量的生理信號。

2、傳感器信號處理
    脈搏傳感器所輸出的電信號過于微弱，必須放大后再進(jìn)行A/D。按人體脈搏在運動后最高跳動次數(shù)２４０次／ｍｉｎ計算來設(shè)計低通放大器，并由ＩＣ２Ａ和Ｃ０４等組成，如圖2所示。轉(zhuǎn)折頻率由Ｒ０７、Ｃ０４、Ｒ０８和Ｃ０５決定，放大倍數(shù)由Ｒ０８和Ｒ０６的比值決定。

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    脈搏信號分析的研究對象是信號，通常采用時域分析法。以往研究中大都采用人工讀圖，通過對脈圖幅值和時值的分析，了解脈動的頻率、節(jié)律、脈力的強(qiáng)弱、脈勢的虛實和脈象的形狀特征。它通過提取脈圖曲線中一些有明顯生理意義的點作為評價脈搏波的特征點，直觀，較易為臨床醫(yī)師所接受。

    由于Matlab所具備的高效的數(shù)學(xué)計算能力和完善的功能，在本次研究中，使用Matlab 的數(shù)學(xué)工具，將采集到的信號直接進(jìn)行處理得到的時域圖譜如圖3，擯棄了人工讀圖的過程，減少因經(jīng)驗估計所帶來的誤差。

    由健康人脈搏波時域圖可見，主波（P波），重搏波（D波）明顯，沒有高頻收縮之現(xiàn)象，確定為健康人之平脈。由高血壓患者時域圖可見，主波峰呈平寬型，重搏波與主波融合為寬大方波，降中峽抬高，重搏波平坦，確定為高血壓之弦脈，且應(yīng)為中期高血壓。失眠者的脈搏波時域圖介于上述兩種情況之間，在臨床上比較容易判斷。

3、設(shè)計思路
    為解決無法抑制延綿不斷的思緒這個問題，可以讓計算機(jī)依據(jù)大腦的狀態(tài)按某種方式不斷提供適當(dāng)?shù)拇碳砑せ钍Э厮季S活動的源，有可能會因?qū)λ淖⒁獗怀掷m(xù)轉(zhuǎn)移而處于抑制狀態(tài)，直至最終失活。機(jī)—腦接口就是這樣一種通過計算機(jī)監(jiān)測、控制來干預(yù)大腦思維活動的系統(tǒng)。其作用是中斷從清醒到睡著這一過渡過程中的失控思維活動。這些功能可以由“微型嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)”來實現(xiàn)。

    機(jī)—腦接口是一種通過計算機(jī)監(jiān)測、控制來干預(yù)大腦思維活動的系統(tǒng)，其作用是中斷從清醒到睡著這一過渡過程中的失控思維活動。為了實現(xiàn)這一功能，首先需要一個中斷源，這里用一個刺激器來產(chǎn)生聲音刺激作為中斷源；刺激產(chǎn)生后，使用者對刺激的反應(yīng)通過傳感器認(rèn)知行為反應(yīng)傳感器放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換(S344B0X)嵌入式系統(tǒng)刺激器聲響報警電話語音報警數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)脈搏傳感器紅外通訊 (抄錄手機(jī))將其轉(zhuǎn)換為電信號；來自傳感器的微弱信號通過放大、濾波后送入嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行各種處理。遇到突發(fā)性疾?。ㄈ缒X血栓）嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)可通過遙控發(fā)出“聲響”報警或“語音”電話報警，以便及時通知家人及急救中心。機(jī)—腦接口系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

4、硬件設(shè)計
    S3C440X是SAMSUNG公司推出的基于ARM7TDMI核的精簡指令系統(tǒng)的32位高速處理器。其工作電壓為3.3V，內(nèi)核的ARM7TDMI工作電壓僅為2.5V，這樣低功耗的芯片，更利于帶式產(chǎn)品的開發(fā)。聲響報警與電話語音報警的電路比較常見，這里不在贅述。

5、軟件設(shè)計
    Linux是一種很受人們歡迎的操作系統(tǒng)，它與UNIX系統(tǒng)兼容，開放源代碼。它原本被設(shè)計為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。而更大的影響在于它正逐漸地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，uClinux正是在這種氛圍下產(chǎn)生的，它是Micro-Control-Linux,字面上理解為“針對微控領(lǐng)域而設(shè)計的Linux系統(tǒng)”。

    具體的系統(tǒng)移植這里不做詳細(xì)介紹，僅給出系統(tǒng)的軟件控制框圖，如圖5示：

6結(jié)論
    基于薄膜脈象傳感器的睡眠監(jiān)控報警系統(tǒng)研究，在研究睡眠過渡階段的基礎(chǔ)上，著重突出了睡眠中如果出現(xiàn)突發(fā)性心腦疾病時及時實現(xiàn)聲響報警或電話語音報警的功能。本項目的創(chuàng)新之處在于以下兩個方面?！?采用雙傳感器結(jié)構(gòu)。測量監(jiān)控睡眠者的心腦電圖對被測對象進(jìn)行認(rèn)知反應(yīng)的測試，從而達(dá)到對輕度睡眠患者喚醒，對重病睡眠患者的認(rèn)知測試?！?聲響報警與電話語音報警。在對睡眠狀態(tài)的心腦電圖研究的基礎(chǔ)上，如果睡眠者出現(xiàn)突發(fā)性心腦疾病時及時顯示心腦電圖，并通過嵌入式處理器處理觸發(fā)無線報警器及時報警。采用該技術(shù)，預(yù)計經(jīng)濟(jì)效益98萬元/年。