基于流量傳感器的肺活量采集系統(tǒng)

1、基于流量傳感器的肺活量采集基于流量傳感器的肺活量采集系統(tǒng)系統(tǒng) 研究方向：研究方向： 電子信息及自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用電子信息及自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用 博博 / 碩士碩士 碩士碩士 研究生姓名：羅文錦研究生姓名：羅文錦 導(dǎo)師姓名：導(dǎo)師姓名： 魏德仙魏德仙 副教授副教授company logo論文結(jié)構(gòu)論文結(jié)構(gòu)項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線(xiàn)2系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析3 3改善和展望改善和展望 4 company logo項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v1.1.肺功能檢測(cè)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上的重要意義。肺功能檢測(cè)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上的重要意義。v2.2.目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的肺功能儀及其應(yīng)用狀目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的肺功能儀

2、及其應(yīng)用狀 況。況。v3.3.國(guó)內(nèi)肺功能儀面對(duì)的尷尬局面。國(guó)內(nèi)肺功能儀面對(duì)的尷尬局面。company logo項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v肺功能檢測(cè)臨床意義：肺功能檢測(cè)臨床意義：l(1)(1)呼吸系統(tǒng)的檢測(cè)。呼吸系統(tǒng)的檢測(cè)。l(2)(2)用于鑒別氣道梗阻的類(lèi)型。用于鑒別氣道梗阻的類(lèi)型。l(3)(3)用于胸腹部外科手術(shù)前肺功能評(píng)估。用于胸腹部外科手術(shù)前肺功能評(píng)估。l(4)(4)用于支氣管激發(fā)、擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)。用于支氣管激發(fā)、擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)。l(5)(5)用于彌散功能實(shí)驗(yàn)。用于彌散功能實(shí)驗(yàn)。 company logo項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v市場(chǎng)上常見(jiàn)肺功能儀市場(chǎng)上常見(jiàn)肺功能儀(1)(1)比利時(shí)麥迪肺功能測(cè)試系統(tǒng)（比利時(shí)麥迪肺

3、功能測(cè)試系統(tǒng)（hypairhypair） (2)(2)德國(guó)耶格公司生產(chǎn)的電腦化肺功能儀德國(guó)耶格公司生產(chǎn)的電腦化肺功能儀 （masterscopemasterscope） (3)(3)日本捷斯特（日本捷斯特（chestchest）公司）公司 的的hi-101hi-101便攜式便攜式 肺功能儀肺功能儀 (4)(4)南通衡器廠(chǎng)的南通衡器廠(chǎng)的fcs-10000fcs-10000型電子肺活量計(jì)型電子肺活量計(jì) (5)(5)申仙醫(yī)教器械廠(chǎng)生產(chǎn)的申仙醫(yī)教器械廠(chǎng)生產(chǎn)的flj-bflj-b型電子肺活量計(jì)型電子肺活量計(jì) company logo項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v國(guó)內(nèi)肺功能儀狀應(yīng)用狀況：國(guó)內(nèi)肺功能儀狀應(yīng)用狀況：(1)

4、(1)國(guó)內(nèi)大中型醫(yī)院所使用的肺功能儀主要是依國(guó)內(nèi)大中型醫(yī)院所使用的肺功能儀主要是依 靠進(jìn)口，市場(chǎng)的占有率方面國(guó)產(chǎn)肺功能儀僅靠進(jìn)口，市場(chǎng)的占有率方面國(guó)產(chǎn)肺功能儀僅 占占12.4%12.4%，而進(jìn)口型卻占，而進(jìn)口型卻占87.6%87.6%。(2)(2)進(jìn)口機(jī)價(jià)格昂貴，維修困難，特別是由于機(jī)進(jìn)口機(jī)價(jià)格昂貴，維修困難，特別是由于機(jī) 內(nèi)設(shè)置的正常人參考值為西方人的參數(shù)，與內(nèi)設(shè)置的正常人參考值為西方人的參數(shù)，與 中國(guó)人的正常值有中國(guó)人的正常值有5 510%10%的誤差，使實(shí)際使的誤差，使實(shí)際使 用效果大打折扣。用效果大打折扣。company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)功能需求分析功能需求分析確定系統(tǒng)模塊構(gòu)成

5、確定系統(tǒng)模塊構(gòu)成fs1022cl流量流量傳感器傳感器 外圍接外圍接 口電口電 路路 上位上位 機(jī)軟件機(jī)軟件 下位下位 機(jī)軟件機(jī)軟件上位機(jī)上位機(jī)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)值積分?jǐn)?shù)值積分誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償下位機(jī)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集a/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)完成肺活量精確測(cè)量完成肺活量精確測(cè)量肺活量測(cè)試系統(tǒng)肺活量測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v1.1.肺量氣體構(gòu)成。肺量氣體構(gòu)成。v2.2.系統(tǒng)硬件部分搭建。系統(tǒng)硬件部分搭建。v3.3.系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)。company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v1.1.肺

6、量氣體構(gòu)成。肺量氣體構(gòu)成。(肺量氣體構(gòu)成圖)注：潮氣容積(vt)，深吸氣量(ic)，肺活量(vc)，殘氣容積(rv)，肺總量(tlc) 。company logo項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景v2 2. .系統(tǒng)硬件部分搭建系統(tǒng)硬件部分搭建流流量量傳傳感感器器text in heretext in here外圍接口電路外圍接口電路pc機(jī)機(jī)（數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）（數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī) （系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖）（系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖）流量頭流量頭company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 模擬電壓采樣電路模擬電壓采樣電路圖圖 compan

7、y logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 傳感器類(lèi)型及功能傳感器類(lèi)型及功能 本系統(tǒng)采用美國(guó)矽翔所生產(chǎn)型號(hào)為本系統(tǒng)采用美國(guó)矽翔所生產(chǎn)型號(hào)為fs1022cl流流量傳感器，該傳感器可輸出線(xiàn)性量傳感器，該傳感器可輸出線(xiàn)性rs232數(shù)字或電壓模數(shù)字或電壓模擬兩種信號(hào)。擬兩種信號(hào)。v 傳感器部分參數(shù)傳感器部分參數(shù) 量程量程 0200 升升/分鐘分鐘 輸出輸出 rs232/模擬模擬 精度精度 1.5 %讀數(shù)讀數(shù) 零點(diǎn)輸出零點(diǎn)輸出 0 毫伏毫伏 零點(diǎn)輸出漂移零點(diǎn)輸出漂移 10 毫伏毫伏 最大流量零漂誤差最大流量零漂誤差 0.2 %讀數(shù)讀數(shù) 傳感器響應(yīng)時(shí)間傳感器響應(yīng)時(shí)間 50 毫秒毫秒company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)

8、路線(xiàn)v3.3.系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)病人信息修改模塊病人信息修改模塊用戶(hù)登陸模塊用戶(hù)登陸模塊用戶(hù)管理模塊用戶(hù)管理模塊病人信息檢索模塊病人信息檢索模塊數(shù)字信號(hào)采集模塊數(shù)字信號(hào)采集模塊模擬信號(hào)采集模塊模擬信號(hào)采集模塊company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 用戶(hù)登陸模塊用戶(hù)登陸模塊用戶(hù)登陸圖(a)用戶(hù)登陸圖(b)company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 用戶(hù)管理模塊用戶(hù)管理模塊 用戶(hù)管理模塊圖company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 數(shù)字信號(hào)采集模塊數(shù)字信號(hào)采集模塊 數(shù)字信號(hào)采集圖company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 模擬信號(hào)采集模塊模擬信號(hào)采集模塊 模擬信號(hào)采集圖compa

9、ny logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 病人信息檢索模塊病人信息檢索模塊 病人信息檢索圖company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 病人信息修改模塊病人信息修改模塊 病人信息修改圖company logo技術(shù)路線(xiàn)技術(shù)路線(xiàn)v 下位機(jī)軟件工作流程圖下位機(jī)軟件工作流程圖 company logo系統(tǒng)試驗(yàn)與結(jié)果分析系統(tǒng)試驗(yàn)與結(jié)果分析v系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn) (1)空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn) 該實(shí)驗(yàn)使用空氣壓縮機(jī)作為氣體輸出源，該實(shí)驗(yàn)使用空氣壓縮機(jī)作為氣體輸出源，每次以一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每次以一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下40升容量的標(biāo)準(zhǔn)向傳感升容量的標(biāo)準(zhǔn)向傳感器輸入氣體，進(jìn)行器輸入氣體，進(jìn)行20組實(shí)驗(yàn)。其目的在于對(duì)

10、系組實(shí)驗(yàn)。其目的在于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的精度。統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的精度。 (2)受試者呼氣輸入實(shí)驗(yàn)受試者呼氣輸入實(shí)驗(yàn) 該實(shí)驗(yàn)通過(guò)受試者直接向傳感器呼氣，目該實(shí)驗(yàn)通過(guò)受試者直接向傳感器呼氣，目的在于測(cè)試其肺活量和第一秒用力呼氣量，的在于測(cè)試其肺活量和第一秒用力呼氣量，4個(gè)受試者每人進(jìn)行個(gè)受試者每人進(jìn)行10組的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。組的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體

11、輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機(jī)氣體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v兩種數(shù)據(jù)采集方法對(duì)比兩種數(shù)據(jù)采集方法對(duì)比 company logo技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)v實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

12、分析 從上述兩個(gè)表格的數(shù)據(jù)可以看出：從上述兩個(gè)表格的數(shù)據(jù)可以看出： （1）采集到的數(shù)字信號(hào)積分值的均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)）采集到的數(shù)字信號(hào)積分值的均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為：差、標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為：39.593，0.993，0.222；采集到的模擬信號(hào)積分值的均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)采集到的模擬信號(hào)積分值的均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為：誤差分別為：37.613，0.944，0.211。 （2）兩變量?jī)蓛上鄿p的差值均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、）兩變量?jī)蓛上鄿p的差值均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、差值均數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為差值均數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為1.980，0.050，0.010，95可信區(qū)間為可信區(qū)間為1.9572.003，配對(duì)檢，配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)結(jié)

13、果t178.272，顯著值為，顯著值為00.05，表明測(cè)量值與檢驗(yàn)值沒(méi)有顯著差異。，表明測(cè)量值與檢驗(yàn)值沒(méi)有顯著差異。 (4)樣本中最大誤差樣本中最大誤差emax=0.973(注注:補(bǔ)償前的最大誤差補(bǔ)償前的最大誤差為為emax=1.934)，則，則0.973/40=2.43%(補(bǔ)償前為：補(bǔ)償前為：1.934/40 =4.84% )。 得出得出結(jié)論結(jié)論：通過(guò)拋物線(xiàn)插值法積分對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行補(bǔ)償達(dá)：通過(guò)拋物線(xiàn)插值法積分對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行補(bǔ)償達(dá) 到了較好的效果，精度得到了一定的提高。到了較好的效果，精度得到了一定的提高。company logo改善和展望改善和展望v系統(tǒng)改善系統(tǒng)改善 由于受實(shí)驗(yàn)條件和本人知識(shí)

14、水平所限，在由于受實(shí)驗(yàn)條件和本人知識(shí)水平所限，在該論文的研究中，一下幾個(gè)方面還需進(jìn)行改進(jìn)：該論文的研究中，一下幾個(gè)方面還需進(jìn)行改進(jìn)： (1)將大容量的空氣壓縮機(jī)改為容積與人肺活量將大容量的空氣壓縮機(jī)改為容積與人肺活量 相當(dāng)?shù)臍怏w輸入源進(jìn)行標(biāo)定。相當(dāng)?shù)臍怏w輸入源進(jìn)行標(biāo)定。 (2)采用精度更高的流量傳感器構(gòu)建系統(tǒng)。采用精度更高的流量傳感器構(gòu)建系統(tǒng)。 (3)對(duì)積分算法進(jìn)一步優(yōu)化，從軟件上降低誤對(duì)積分算法進(jìn)一步優(yōu)化，從軟件上降低誤 差。差。 company logo系統(tǒng)的不足及其可改善的工作系統(tǒng)的不足及其可改善的工作v展望展望 若對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和采樣精度有更高要求時(shí)可以采用若對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和采樣精度有更高要求時(shí)可以采用其他高性能的處理器，例如其他高性能的處理器，例如arm,dsp,avrarm,dsp,avr等等。等等。 本系統(tǒng)定位于醫(yī)院大型的肺功能測(cè)試系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)本系統(tǒng)定位于醫(yī)院大型的肺功能測(cè)試系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)海量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，若要便于測(cè)試可考慮開(kāi)發(fā)庫(kù)對(duì)海量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，若要便于測(cè)試可考慮開(kāi)發(fā)嵌入式便攜型的肺功能儀，在嵌入式系統(tǒng)中建立小型數(shù)嵌入式便攜型的肺功能儀，在嵌入式系統(tǒng)中建