心血管疾病具有高发病率,高死亡率,多并发症等特点,是造成当今死亡的最重要原因之一。研究发现,动脉血管结构和功能的改变是引发这些疾病的根本原因,因此及早发现血管功能和结构的异常,对发现心血管早期病变、干预变化过程有着重要意义。光电容积描记法(Photoplethymography,PPG)是一种用于测量人体组织中血液容积变化的光电测量技术,该信号揭示了丰富心血管循环系统,尤其是动脉血管系统的信息。本论文以简单易测的指端PPG信号为核心,对检测装置及其在血管弹性评估中的应用做出了研究,主要研究工作和内容分为以下两方面:(1)基于MSP430的无线指端PPG信号采集系统设计1936年,PPG检测技术首次被提出并应用到动物血流检测中,但由于测量装置,尤其是光敏元件的限制,PPG装置在很长一段时间内只用于实验数据采集,而并没有被推广。随着光电元件、微处理器(Micro Controller Unit, MCU)的快速发展,PPG检测装置的精确度和可靠性得到迅速提高,这使得PPG信号及其应用受到工程、医学领域的广泛关注。本文结合当下先进的半导体和通信技术,设计研发小巧便携,操作简便,价格低廉的PPG检测装置,以进一步推广PPG的在实验数据采集、个人及家庭监护中的应用。文章以超低功耗的MCU-MSP430为核心,结合光电传感器、无线射频收发(Radio Frequency ,RF)芯片、RS232串口等功能模块,实现了指端PPG信号的采集,处理和传输。利用MCU丰富的内部资源和强大的处理能力,系统实现了PPG信号从模拟到数字的单片处理,基于UART通信协议扩展的RS232串口通信,使得系统方便的与大多数电脑直接通信,而基于SPI协议的RF无线通信,则实现了PPG数据无线传输。系统所有功能模块电路独立设计,以达到系统硬件电路集成度高,配置灵活,可扩展性强等特点。(2) PPG形态特征在血管弹性评估中的应用出于心血管疾病防治的需求,利用PPG检测技术无创、准确的评估血管特征成为了当前PPG应用研究的热点,其中PPG形态分析由于检测方便、生理意义明确而受到人们广泛的青睐。在众多描述PPG形态的参数中,动脉硬化系数(Stiffness index,SI)、反射系数(Reflect index,RI)分别估计了脉搏波速度和反射强度,其在动脉弹性评估中的价值已经受人们广泛认可。但由于其依赖于反射脉搏的准确检测,使得参数并不适用于老年人和血管硬化患者。PPG的二阶导数信号(Second Derivative of PPG, SDPPG)被认为是描述血液变化的加速度信号,同样受到广泛的关注。经过大量病理和药理实验证明,SDPPG信号的时域参数b/a、d/a与血管弹性具有显著相关,但引起波形变化的生理依据目前尚不清楚。本文以PPG信号上升沿的形态为中心,结合ECG、PPG、SDPPG三种波形,研究了在心室射血阶段,年轻人和老年人的PPG、SDPPG信号的形态差异,以及其与血管弹性状态的关系。实验结果显示PPG信号的上升时间(crest time, CT)与年龄、SI、b/a显著相关,其可能是评估血管弹性的一个有效检测参数。由于其检测容易,且不受反射脉搏缺失的影响,该参数适用于所有受试者。除此之外,通过比较ECG、PPG信号的变化过程,文章还研究了SDPPG信号在一个心动周期中的变化,文章认为SDPPG的时间参数Tab有可能是心室快速射血的标志,这对SDPPG信号的生理解释具有一定意义。综上,本文对指端PPG信号采集装置的无线,便携化设计提出了可行方案,并对PPG信号在血管硬化评估中应用做出一定的研究,但其结论还需要进一步验证和完善。