人体脉搏波计算机模拟研究

摘要

当今世界人口老龄化进程不断加快，发展中国家的经济水平稳步提高，各国居民的饮食结构发生了很大的改变，心血管类疾病的发病率却也越来越高。在治疗心脑血管疾病的过程中，心血管类医疗设备的使用越来越普遍。保证此类设备检测结果的准确性和稳定性，对于临床诊断和治疗具有重要意义。然而目前国内对于此类设备的检测方法和检测设备的研究都还处于起步阶段。
　　 人体脉搏波的波形特征、传播速度和节律等综合信息能够反映人体的生理状况，许多心血管类医疗设备的工作原理就是以检测人体脉搏波为基础的。本文旨在通过对人体脉搏波的研究，建立脉搏波的分析模型。然后设计一个计算机模拟人体脉搏波形的系统，利用已建立的模型进行编程，模拟出人体在不同情况下的脉搏波形，把这些波形作为一个标准波形库，来检测相应医疗设备。本文的工作可以作为进一步研制更好的心血管类医疗设备计量检测标准器的基础。
　　 本文的主要工作内容如下:
　　 (1)建立了人体心血管系统分析模型。阅读了大量关于人体生理病理和心血管建模方面的书籍和文章，根据人体脉搏波产生和传播的原理，对弹性腔模型进行了仿真和分析。在此基础上，利用简化的心脏模型和弹性腔模型进行耦合，以此作为心血管系统模型来模拟脉搏波。
　　 (2)制作了硬件传输电路。设计开发了以STC89C52RC为控制核心的硬件电路，用于脉搏波形的D/A转换、电压调整和滤波。采用支持USB2.0标准接口的菲利普公司的PDIUSBD12芯片设计了下位机的USB通讯接口。利用C语言编写了单片机的控制程序。
　　 (3)编写了波形模拟软件。以Visual C++6.0软件为平台，设计开发了模拟人体脉搏波的应用软件。该软件可以实现不同脉搏波形的模拟、波形种类的选择、显示、调整参数和通讯。
　　 (4)对系统进行调试和实验。总结整理了多种病理状态下人体脉搏波的波形特征及其对应的模型参数，利用编写的的软件系统进行了模拟实验和分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 人体脉搏波模型的建立

2．1 形成脉搏波的生理机制

2．1．1 形成脉搏波的机理及影响因素

2．1．2 脉搏波的特点

2．2 脉搏波的模型分析

2．2．1 弹性腔模型的生理基础

2．2．2 弹性腔模型分析

2．2．3 高斯函数模型分析

2．3 心脏模型分析

2．3．1 心脏结构及其模型的建立

2．3．2 心脏的简化模型

2．4 模型的耦合及仿真

2．4．1 简化的心脏模型和弹性腔模型的耦合

2．4．2 耦合模型仿真分析

2．5 本章小结

第三章 人体脉搏波硬件模拟电路设计

3．1 硬件系统的总体结构

3．2 通讯模块设计

3．2．1 通讯方案设计

3．2．2 USB的特点

3．2．3 USB的拓扑结构、电气特性和编码方式

3．2．4 USB芯片的选型及电路设计

3．3 D／A转换电路

3．4 电压调节电路

3．5 滤波模块

3．5．1 滤波模块的选择

3．5．2 滤波电路参数计算

3．5．3 电路仿真与分析

3．6 电源模块

3．7 本章小结

第四章 人体脉搏波模拟的软件系统设计

4．1 上位机程序设计

4．1．1 Visual C++简介

4．1．2 上位机软件结构

4．1．3 人机交互界面及功能设计

4．1．4 波形模拟程序设计

4．1．5 脉搏波的定标

4．1．6 通讯程序设计

4．1．7 USB驱动及其链接库开发

4．2 下位机程序设计

4．2．1 USB通讯参考模型及程序设计

4．2．2 电压调节模块程序设计

4．3 系统调试

4．4 本章小结

第五章 几种常见脉搏波形模拟

5．1 健康人群的脉搏波模拟

5．2 几种常见病的波形模拟及分析

5．2．1 高血压患者脉搏波形模拟

5．2．2 心力衰竭患者脉搏波形模拟

5．2．3 动脉硬化患者脉搏波形模拟

5．2．4 其他几种常见病的波形模拟

5．3 加入干扰的脉搏波形模拟

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 取得的成果

6．2 存在的问题

6．3 展望

参考文献

致谢