在心臟的驅動下血液在人體血管中流動而形成脈搏，所以它不僅受到心臟狀況的影響,同時要受到其他內臟參數的影響，因此，脈搏信息能反映人體內臟器官健康狀況。中醫脈診就是通過施以輕重不同的壓力，用其三指通過對腕部橈動脈處被稱之為“寸、關、尺”部位的脈搏的感覺來診斷病人內部器官的病變和健康狀況的[1]。不同年齡、不同性別、不同疾病的人的脈搏波形是不一樣的。這就是中醫診脈看病的出發點。而診脈技巧不是容易掌握的，不僅需要名醫的指導傳授更需要長時間的摸索積累。隨著現代生物醫學的發展，完全可以借助儀器儀表獲取脈搏信息，如脈象儀，這種儀器功能強大不僅能精確繪制脈搏波形，同時能進行頻譜分析，但不論從體積還是價格都無法在家庭使用，因此應設法設計家用便攜式脈搏測試系統，目前有的便攜式脈搏測試系統只能測脈搏次數，如歐姆龍電子血壓脈搏測試儀，有的用的是采集終端，數據處理、繪圖均由基于PC機的LabVIEW完成[2]，不夠方便。也有的脈搏測試系統是基于單片機的，由于本身位數的限制其速度和精度都不高[3-4]。國外對脈搏信息的提取也做了很多研究[5-7]，但大多數仍復雜不夠方便。本文用32位的ARM微控制器設計并實現便攜式家用脈搏波形測試系統，在液晶屏上直接顯示脈搏波形，不僅速度快、精度高而且脫離PC，方便實用。
1 系統硬件電路設計
　脈搏波形測量系統由脈搏傳感器、放大電路、低通濾波器、A/D轉換器、微控制器及觸摸、顯示電路構成。其系統的框架如圖1所示。

　脈搏傳感器采用PT14M3，這是一款高靈敏度全橋生理壓力傳感器，它采用雙島微機械結構,橋阻為2.5~5.0 kΩ。與一般的壓電式傳感器相比，PT14M3的低頻響應好(直流到200 Ｈｚ),輸出阻抗低,抗干擾能力強。其測壓端直徑8 ｍｍ左右，可模擬手指感測脈搏，4個壓敏電阻構成全橋結構，在外加壓力下,電橋失衡輸出不為零,且壓力在較小范圍內時,輸出電壓與壓力成正比[2]。
　PT14M3的輸出是一個典型的微弱的差分信號，由于存在皮膚的靜噪信號、50 Hz的工頻干擾等干擾信號，所以有用的差分信號容易被干擾信號淹沒，如果在此應用中使用標準運算放大器，則不僅放大差分模擬信號，同時放大任何DC信號、噪聲及其他的共模電壓，最終即使最好的運算放大器也不能有效提取微弱信號。如果利用運算放大器構成二級差分放大電路其匹配電阻要求十分苛刻，否則仍無法提取有效信號。而儀表放大器是一種差分輸入和相對參考點單端輸出的閉環增益單元,具有輸入阻抗很高、輸出阻抗很低、共模抑制比（CMR）高的特征。
　AD8228是ADI公司最新推出的高性能儀表放大器，具有非常高的增益精度和極低的漂移。由于內置增益設定電阻并經過激光微調，因此該器件的增益精度和增益漂移性能優于典型的儀表放大器。低電壓失調(最大輸入失調電壓：50 ?滋V)、低失調漂移(最大輸入失調漂移：0.8 μV/℃)、低增益漂移(增益漂移：2 ppm/℃)、高增益精度和高共模抑制比的(100 dB)特點使這款器件特別適合用于醫療儀器設備。AD8228具有固定增益10或100，當2、3引腳斷開增益為10，2、3引腳短接增益為100[8]，在本方案中利用AD8228作為主放大器且2、3引腳短接。由于脈搏信號主峰頻率在1 Hz左右，能量較強的成分也在20 Ｈｚ以下，所以設計低通濾波器的上限截止頻率為40 Ｈｚ。為此整個脈搏波形數據采集電路圖如圖2所示。電路輸出接到A/D的輸入端。
    控制板模塊采用深圳優龍科技有限公司的YL-E2440核心板，板上采用SAMSUNG高性能ARM920T內核處理器S3C2440，工作頻率為400 MHz。板上配備有64 MB NAND Flash，64 MB SDRAM，10M/100M網絡接口芯片DM9000AEP，一個復位小按鍵。通過4條68PIN的連接器引出了電源線、地線、數據線、地址線、A/D輸入端、LCD接口、觸摸屏控制信號等，便于搭建系統硬件環境。

　液晶模塊選用SONY公司的TD035STED4(帶四線電阻觸摸屏)，其接口與S3C2440提供的LCD信號完全匹配。S3C2440提供了nYPON、YMON、nXPON和XMON直接作為觸摸屏的控制信號，但不能直接與觸摸屏連接，這里通過兩個FDC6321場效應管驅動器與觸摸屏連接。輸入信號在經過阻容式低通濾器濾除坐標信號噪聲后接入S3C2440內集成ADC的模擬信號輸入通道AIN5、AIN7。圖3為S3C2440與觸摸屏的接口圖。

　A/D轉換器直接利用S3C2440片上A/D，集成有采樣保持電路。分辨率為10位，最大轉換速率為500 kS/s。
2 系統軟件設計

　應用程序分主程序和中斷服務程序兩部分構成。
　在主程序中完成核心板的初始化后開AD中斷，且設置為等待中斷模式，在液晶屏上輸出“Start”按鈕，之后進入等待中斷的到來。
　在中斷服務程序中，把A/D轉換模式設置為XY自動轉換模式，讀取當前觸摸點的位置再判斷是否為“Start”按鈕所在位置范圍，如是則把A/D轉換模式設置為普通轉換模式來轉換從AIN0(1)通道輸入的脈搏信號。在液晶屏上每幀顯示5 s的脈搏圖形，每秒鐘脈搏圖形含128個像素點，為了減小誤差在采集數據時每秒鐘采集1 280個樣點，然后每10個樣點值分一組去抖取平均，所得數據進行量化、打點畫圖。系統應用軟件的流程圖如圖4所示。  
3 測量結果及對比分析
 　利用該測量儀，測量并描記了大量不同人群的脈搏波形，將得到的脈圖結合傳統的中醫理論進行分析對比，都與受試者本人的健康狀況有一定的對應性。如圖5所示：channel1是測得并描記的一個18歲男性青年的左關脈圖，channel2是測得并描記的一個74歲男性高血壓病老人的左關脈圖。對比兩者的脈圖，可明顯看出，青年人的脈圖跟中醫理論所述的典型平脈脈圖非常相似，波形呈三峰，重搏前波、降中峽、重搏波非常明顯，脈率、大小適中，節律均勻，是健康的脈象[1]。如圖6所示為中醫理論所述的典型的平脈脈圖。觀察老人的脈圖，其特征是端直以長，如按琴弦，有長、直、緊急的特點。波形呈寬大主波，波峽抬高。脈形有弦硬的指感，反映出血管內壓力、管內外周阻力、血液粘度等生理參數的增大。按中醫脈象理論，高血壓，高血脂是弦脈的主病[1]。這也與受試者老人的實際情況完全相符。

 　通過對上面測量和描記的脈圖進行對比分析可知，這套測量系統能比較精確地測得脈搏波形，而且測量精度高、響應速度快、功耗低，且便于操作。克服了傳統方法獲取人體脈搏波形的不便性及低精度等不利因素。同時在開發板上預留了網絡接口，使采集處理后的數據可遠程傳輸,這對于遠程中醫診斷提供了可能性,所以具有一定的實用性和很好的市場前景。
參考文獻
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[2] 乜國荃，方祖祥.人體脈搏的測量與分析[J].上海生物醫學工程， 2006(2):74-76.
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[4] 李晉華, 杜宇慧.光電脈搏儀設計[J].自動化技術與應用, 2008(7):90-100.
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[6] Chun T L,Ling Y W.Spectrum analysis of human pulse[J]. IEEE Trans BME.1983,30(6):348-351.
[7] Wei L Y, Chow P. Frequency distribution of human pulse spectra. IEEE Trans Biomedicine Eng[J].1985,32(3):245-246.
[8] Analog Devices.AD8228 Datasheet[DB/OL]. http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/instrumentation-amplifiers/ad8228/products/product.html.AD8228.pd.