张宁[1]2004年在《无创血氧饱和度监测系统及其关键技术研究》文中认为近年来，我国已进入老龄化社会，肺心病已成为目前医疗部门关注的焦点之一。肺心病可能导致肺缺氧从而引起呼吸窘迫，严重时会导致患者死亡。缺氧的重要临床表现为血氧饱和度显着下降，因此，在肺心病防治过程中进行动态连续血氧饱和度监测是十分重要的。 本课题针对在社区条件下血氧饱和度连续动态监测过程中所遇到的各种问题，进行了大量实验研究工作： 在硬件系统研究方面： 1、采用光调制技术克服背景光和系统固有噪声的干扰； 2、基于MSP430单片机硬件模块研制了自动增益控制电路，抑制基线漂移，使直流分量平稳； 3、研制了可调积分放大电路，使光电容积脉搏波信号得到了均衡放大； 在软件系统研究方面： 1、采用自学习方法对光电容积脉搏波的特征点进行判别； 2、采用自学习阈值滤波的方法消除运动伪影； 3、采用差分和小波变换的方法提取光电容积脉搏波的特征点，并根据MSP430单片机硬件乘法器和指令集将其移植到单片机中执行； 最后研制了一种面向社区医疗的无创血氧饱和度监测实验样机，在对30例测试者进行样机与NONIN血氧仪的对比实验中，样机运行良好，基本达到设计要求。 本课题的技术创新是： 1、在硬件系统上结合MSP430单片机的外围模块，采用脉宽调制技术(PWM)实现了对光电容积脉搏波信号的自动增益调节； 2、在软件系统上将自学习方法应用到光电容积脉搏波特征点判别，有效地提高了样机的个体适应性；
常昌远, 魏同立[2]1999年在《无创血氧饱和度实时监测系统的研究》文中认为本文采用无创光谱技术分析光通过人体指尖组织的传输特性，提出了改进的无创在体监测血氧饱和度的数学模型。着重研究了血氧监测的关键技术问题和解决措施，在此基础上，研制了无创血氧饱和度监测系统，并用本系统进行了在体测试，结果令人满意。
李皙茹[3]2017年在《基于光电容积描记法的人体生理参数动态测量技术研究》文中研究表明心血管疾病(Cardiovascular diseases,CVDs)通常由心脏、血管和血液运输系统发生异常导致,根据世界卫生组织(World Health Organization,WHO)2015年公布的数据显示,全球31%的人死于这类疾病,已经对人体健康造成严重威胁。实现动态监测心率、血压、血氧浓度和血液黏度等生理参数,对心血管类病症的诊治具有指导作用。目前传统的生理参数测量方法由于便携性差和测量舒适感低等限制,不能满足连续测量的需求。人体脉搏波是判断心血管系统健康与否的重要标准,生理参数测量模型的研究通常以脉搏波为研究对象。在众多脉搏波测量方法当中,光电测量法通过特定光谱获取人体容积脉搏波,测量过程重复性好,舒适度高,能够实现连续测量。本文重点对光电容积脉搏波(Photoplethysmography,PPG)和不同生理参数之间的关系进行深入研究,分别为心率、血压、血液黏度和血氧饱和度四种生理参数建立对应的测量模型,将测量结果以腕表的形式展现,具有很好的学术意义和市场应用价值。本文针对动态心率测量模型、舒张压测量模型和血液黏度测量模型的建模难度大,血氧饱和度测量模型定标环境复杂等问题,进行一系列的探索和研究。第一,选取523nm绿光、660nm红光和810nm红外的组合光谱作为探测光源,并在结构设计中引入"目"型槽结构消除环境光干扰,提高测量信号信噪比。将低功耗通信、微传感器技术,环境光学传感器、低功耗控制处理器和蓝牙模块集成在腕表上,实现硬件层面的信号放大和滤波,完成测量系统的电路设计与实现。第二,在传统广义形态学去除基线漂移算法的基础上进行改进,实现一种简化的基线漂移去除算法,以牺牲部分精度为代价实现快速、低功耗的信号处理过程,运算量降低了 4倍。第叁,引入灰度预测GM(1,1)模型,对受到运动伪迹干扰导致失真的光电脉搏波信号进行补偿,结合加速度模型,建立动态心率测量模型,经过实验验证,94%以上的测量结果误差范围在+/-6之间;根据朗伯-比尔定律分析推导脉搏波形态特征和波形面积等参数与脉压差(收缩压-舒张压)之间的关系,成功推导得到脉压差的测量模型,间接实现舒张压的连续测量,通过实验得到测量误差在+/-10之间,符合美国医疗器械进步协会(The Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)的规定;通过收缩压和舒张压计算得到关键参数K,带入经验公式完成血液黏度的测量,以开放型医学数据库MIMIC(Multiparameter IntelligentMonitoringinIntensiveCare)Ⅱ中的记录数据作为实验分析的对象,得到95%的测量值误差落在+/-0.5以内;根据修正的血氧饱和度测量公式,对未知系数进行定标,完成与定标环境相似条件下的血氧浓度的连续测量模型,经过实验验证得到测量结果的平均误差为0.076%。最后,通过手持设备与云服务平台建立联系,采集并存储多维度生理参数信息。不但实现生理参数的远程连续监测,而且为深度挖掘生理参数信息并实现健康趋势分析提供基础。
刘广伟[4]2014年在《基于RFID可定位生命体征监测关键技术研究》文中研究说明随着我国经济的发展、国民健康意识的不断提高以及我国逐步进入老龄化社会的需求，人们希望通过远程健康监护系统对人体生理体征进行实时监测并确定其位置，从而实现疾病的及时治疗和预先干预，对大幅降低医疗成本和提高国民健康素质意义重大。另外，在重大自然灾害（例如地震、火山爆发等）和生产事故（例如矿难、爆炸事故等）的生命搜救中，如果能够知道人体生命体征和位置信息，对及时进行抢险救援、减少灾害发生时的死亡率与致残率和提高重大灾难灾害发生时的生存几率有着极其重要的意义。本文提出一种利用RFID技术传送人体温度、脉搏、血氧饱和度等生命体征参数，同时能够确定被监测人员位置的方法。属于无创监测设备，能实现被监测人的定位和人体生命体征的实时中短距离监测。可以成为人体生命体征健康监测及疾病诊断的有力手段，对实现疾病的监测、个性化治疗以及生命搜救具有重要的意义。本文对基于参考标签的最近邻定位算法进行了若干改进，提出了动态k值设定的方法，参考标签可信度的概念和最近邻标签偏差校正算法，并采用了目标标签历史轨迹算法，在恶劣环境下改进算法的定位精度比原算法有了明显提高。针对实际应用中难以预先布置大量参考标签的问题，本文提出一种旋转天线结合双向RSSI的新型定位方法，并进行了理论分析。对EPC C1G2标准进行了分析，详细阐述了相关命令及防冲突算法。提出生命体征监测终端的低功耗设计方案，选择符合EPC C1G2标准的射频温度传感标签芯片SL900A作为核心部件。为实现射频传感标签功能配置，开发了符合EPC C1G2标准的扩展阅读器，进行了相关命令的开发与测试。通过上位机串口调试助手与扩展阅读器通信，以射频的方式完成监测终端功能的配置。分析了脉搏血氧饱和度的测量方法，推导了透射式与反射式脉搏血氧饱和度的数学模型。选用韩国一款光电反射式脉搏血氧饱和度传感器设计了便携式脉搏血氧饱和度测量设备，开发了脉搏、血氧饱和度测量显示界面，并与临床用脉搏、血氧饱和度测量设备测量对比实验，结果表明二者有较好的一致性。最后，搭建了生命体征监测系统实验平台，以小狗作为监测对象，进行可定位生命体征监测实验。经过分析可知，系统能够实时监测小狗体温的变化；从定位效果看，有55%的定位误差小于0.35米，72%的定位误差小于0.4米，定位误差在0.5米以内的占83%，平均定位误差为0.461米，最大定位误差为0.65米。
郭维[5]2012年在《穿戴式人体生理参数监测系统的研究与实现》文中研究指明通过对心电、血压、血氧饱和度、体温及心率等生理参数的监测可以实现心血管疾病的早期诊断和预防。由于心脏疾病具有间歇性发作的特点，对其进行准确诊断需要以长时间的动态监测数据作为依据。当前动态心电监护系统（Holter）所使用的粘性心电电极中的导电胶含有盐类成分，除了可能引发过敏性皮炎外，在长时间使用过程中，还会出现脱水干化，造成电极与皮肤之间的接触阻抗发生变化，导致信号灵敏度和信噪比下降。在血压测量应用中，目前广泛使用的基于柯氏音听诊原理的测量方法由于需要佩戴血压袖带，使病患感到不适，造成心理紧张，进而影响测量准确度。此外，完成单次测量需耗时数十个心动周期，无法实现血压连续测量。在血氧饱和度测量领域，有创血氧饱和度测量法对环境条件要求高，无法得到普遍应用。基于光电容积脉搏波法的无创血氧仪还需要进一步提高抗干扰能力。用于临床生理参数监测的医用监护仪存在体积大，需要使用固定电源等缺点，只能在病房等固定区域使用，无法为病患提供便携和移动式监测。为了解决上述问题，本文提出以下解决方案：以导电织物电极代替传统粘性电极，在人体体表提取心电信号；基于脉搏波传导时间、脉搏波波形系数以及血管弹性腔模型的动脉血压计算方法，实现无袖带血压连续测量功能；应用脉搏波联合特征系数概念，判断受干扰的脉搏波信号是否具有医学价值；使用自适应滤波器处理脉搏波信号，提高血氧饱和度测量的准确度；综合无线通信、新材料和数字信号处理等技术，将生理信号传感器、信号调理电路和控制处理单元集成在穿戴衣载体的测量单元中，结合手持终端和上位机，构建针对心电监测、无袖带血压测量、血氧饱和度测量以及体温测量的穿戴式人体生理参数监测仪器系统。通过试验测试和专业机构的检验，证明了本仪器系统对生理参数监测的准确性、可靠性和有效性。本文研究是在吉林省科技厅重大项目《可穿戴人体参数无创连续监测仪器研制(20070333)》的资助下完成的。
戴仲岩[6]2012年在《反射式脉搏血氧动态监测系统的设计及关键技术研究》文中研究说明我国每五年进行一次的国民体质监测结果表明,尽管我国国民体质总体水平不断提高,但却存在着成年人未老先衰、超重和肥胖率持续增长的现象,并建议人们合理地增加体育锻炼。同时,随着老龄化现象的日益严重,社会医疗体系逐渐在向以家庭为中心的“p-健康”(p-Health)模式过渡。可穿戴式脉搏血氧仪可以提供动脉血氧饱和度、心率等生理信号的实时监测,并且能够为疾病的早期诊断、慢性疾病病人的家庭监护提供帮助,从而在实现“全民健康的低成本"上发挥作用。本文提出了一种实时连续检测动脉血氧饱和度和心率的可穿戴反射式脉搏血氧动态监测系统,系统具有低功耗特点,由可穿戴光学反射式探头和脉搏血氧监测模块组成,采用低功耗单电源供电芯片,降低芯片数目。低负荷的双波长(630nm,940nm)反射式探头检测人体光电容积脉搏波(PPG)信号；脉搏血氧监测模块中低功耗的PPG模拟信号处理链在获取信号直流基线的同时,去除信号直流分量来放大交流分量,信号经过Sallen-Key低通滤波器后送入模数变换器。系统使用周期移动平均滤波器和差分算法提取血氧饱和度,使用综合了自适应窗函数和改进的微分阈值的实时心率测量算法计算心率。监测数据通过12864液晶显示,存储于大容量FLASH并可传输至基站。样机对5名测试者在两种状态(静息和移动)下的测试实验表明,反射式探头对PPG信号的检测具有鲁棒性,系统工作稳定,初步证明了可穿戴反射式脉搏血氧监测系统用于多种健康护理情况(如慢性肺病等疾病康复和其他通用的个人健康保健)中的可行性,今后可作为生理监测节点加入到人体传感器网络中。
渠立亮[7]2016年在《基于近红外光透射式血氧含量监测系统的研究》文中进行了进一步梳理血氧饱和度是指血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例,能够精确地反映组织内的血氧含量以及衡量人体的氧代谢状况。血氧饱和度的快速测得在呼吸系统和心脏疾病预防、医疗诊断、临床护理等过程中具有重要意义。本文依据近红外光谱(600~1300nm)技术在无创血氧含量检测中的理论,利用还原血红蛋白和氧合血红蛋白对近红外光吸收光谱的差异性,结合朗伯-比尔定律,推算出的理论公式,建立了组织血氧含量与近红外光透射光强的数学关系。以STM32为开发平台,设计一套无创小型化实时响应的组织血氧含量监测系统。系统主要分为光源、信号提取、信号处理等叁个部分。本系统的基本工作过程如下:由微处理器产生占空比75%的方波信号驱动红光和近红外光二极管,实现分时发光,避免余辉之间的干扰。发出的光垂直照射在生物组织一侧,利用光敏传感器将携带有血氧含量的光信号转换为与之相对应的电压信号,针对光敏接收器件输出的电压信号特点,设计了锁相放大器以检测该电压信号,主要对信号进行放大、相敏检波、滤波等。将信号送入STM32微处理器的数据采集通道进行采样,采用冒泡法剔除极值,消除信号突变等情形带来的影响。利用微处理器对信号进行运算处理,得出最终监测结果。最后,对本文设计的系统进行性能测试,结果表明,系统达到了设计目标,该系统具有实时、连续、无创等优点,对血氧含量的监测具有重要意义。
吕春玲[8]2009年在《无创脉搏血氧饱和度监测仪的研究》文中研究表明血氧饱和度是临床诊断和家庭保健场合中常用的重要生理指标,采用无创法进行血氧饱和度值以及血液其他成分的检测已成为当前生物医学工程领域研究和探索的热点之一,具有广阔的发展前景。本文以修正的朗伯—比尔定律和动态光谱理论为基础,采用了ADuC841单片机为核心处理器,对透射式无创脉搏血氧饱和度检测系统进行了研究。论文在广泛查阅相关文献资料的基础上,对透射式无创脉搏血氧饱和度的测量原理和方法进行了分析与介绍;以ADuC841单片机为核心处理器对无创脉搏血氧饱和度监测系统的硬件和软件进行了设计与研究;对硬件电路提取的脉搏波信号进行了分析与处理,采用脉搏波信号的频域提取法提取脉搏波的特征参数,经试验证明系统具有较高的稳定性和灵敏性。无创脉搏血氧饱和度检测技术的研究与发展为进一步研究血液成分的检测奠定了良好的基础,伴随着医疗卫生事业的发展,为了进一步完善系统和提高性能,论文最后提出了后续设计和研究的一些建议。
龚渝顺[9]2012年在《穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究》文中提出氧是维持人体正常生理活动的重要元素，空气中的氧通过人体肺部交换后进入血液，结合在血红蛋白上传送至全身。以氧合血红蛋白及还原血红蛋白为基础的血氧饱和度表征了人体氧循环的状态，是判断人体呼吸和循环系统的重要参数。无创血氧饱和度检测因其不会对人体造成损伤而受到青睐。无创血氧饱和度检测分为透射式和反射式两种方法。其中，透射式获取经过人体组织的透射光，信号较强，目前在临床上已获得广泛应用；反射式获取由人体组织反射的光强信号，因其探头不受安放位置的限制，具有更广阔的应用前景，它已成为生物医学工程领域近年来研究的热点。为实现动态环境下血氧饱和度的实时监测，本文研制了一种基于反射式检测原理的可穿戴血氧饱和度监测装置。设计从抗干扰、低功耗以及小型化几个方面入手，采用低功耗处理芯片MSP430F1611作为中央处理器，实现LED的发光、信号接收以及数据发送的控制。首先，血氧探头采用了光频转换接收头代替传统的光电叁极管作为光强信号的传感元件，直接将光强信号转换为频率信号输出，实现信号的数字化，避免了信号在传输过程中引入干扰。其次，在低功耗方面，利用了单片机中的定时计数完成精确的时序控制，大量缩短LED的发光时间，减少能耗。装置的设计尽量使用集成化元器件，以简化电路的复杂度，实现装置的小型化。工作过程如下：单片机MSP430F1611的D/A模块输出控制电压，控制恒流源驱动双光源LED发光，经组织反射的光通过光频转换接收头转换为频率信号，直接送入处理器进行信号的采集，获取的信号再通过蓝牙模块无线发送到终端设备。动态环境下血氧饱和度的监测会受到严重的运动干扰的影响。针对这一问题，本文以自适应滤波为基础，提出了一种新的抗运动干扰的自适应对消算法。在对动态环境下光电容积脉搏波信号干扰分析的基础上，本文利用了PPG信号的包络线信息，从中提取出光电容积脉搏波信号的交流分量，并利用两种色光之间的关系，构建与干扰相关的信号作为参考信号进行自适应滤波，抑制运动干扰。自适应滤波的使用克服了传统滤波器无法处理频带重迭干扰的问题，在构建合适的参考信号的前提下，能有效的抑制运动干扰的影响。为验证抗干扰算法的效果，本文采用自制的血氧饱和度监测装置对运动中的人体进行血氧信息的测量，并通过本文提出的自适应对消算法对采集的原始信息进行数字信号处理，分析计算结果；将其与DST信号萃取技术处理后的计算结果进行比较，验证了该算法消除运动干扰的有效性，同时验证了该算法在剧烈运动状态下的抗干扰能力以及时间复杂度上较DST算法的优越性。实验表明，本课题设计的反射式血氧监测仪能有效的获取人体PPG信号，具有体积小、易佩戴、功耗低、抗干扰等特点，同时本文提出的信号处理算法有效的抑制了动态环境下运动干扰对计算结果的影响，能准确的获取人体血氧饱和度信息，实现日常动态环境下的实时监测。
周聪聪[10]2016年在《穿戴式生理参数监测关键技术研究及系统设计》文中进行了进一步梳理随着人口老龄化加剧,人民生活水平的提高以及科学技术的不断进步,人民对于个人健康的关注愈发增强,人们对于健康服务的需求除了医疗救治,更包括了日常监护与健康管理。穿戴式多生理参数监测技术的监测对象主要包括心电、呼吸、体温、脉率、血压、血氧饱和度和血糖等人体基本的生理参数,这些基本的生理参数与许多疾病的防治息息相关。穿戴式多生理参数监测技术可实现对人体非介入式、无创的日常健康监测,具有操作方便、可长时间持续工作、智能显示结果、异常生理状况警报和无线数据传输等特点。具有小型化、低功耗和较强抗干扰能力的可穿戴设备的研究是目前穿戴式医疗的研究难点之一,该研究对于健康服务以及慢病管理都有重要的意义。在这种背景下,为了开展生理参数监测系统研制的关键技术研究,本文研制了两类载体样机,具体内容包括多生理参数监测仪的研制和腕戴式低功耗无线心率监测装置(腕表)的研制。本文研制了 一台能够同时监测人体心电、呼吸、体温、脉率、血压和血氧饱和度六种基本生理参数的多生理参数监测仪,包含以下内容:1).穿戴式服装的设计:传统的穿戴式结构设计容易引入大量的运动噪声,信号质量不佳,同时内嵌的传感器、检测电路和连接导线分布广,降低穿戴的舒适性。本文所设计的穿戴式服装穿戴方便,可拆卸便于洗涤,选用莱卡和棉质材料,穿戴舒适,可更换电极以及导联线,便于长期监测。2).生理参数监测功能模块的设计:分别是心电、呼吸信号监测模块的设计,血压、体温、脉率及血氧饱和度监测模块的设计和功耗控制,数据传输以及交互控制主控模块的设计。在结构设计上使用碎片化的设计技术,对于一些特殊的零部件,通过贯穿的方式安装到镂空的电路板上,最大限度地减小占用的空间,从而可以配合穿戴式服装实现低生理负荷的人体生理参数数据采集。本论文以低功耗硬件设计和软件交互控制相配合的方式实现低功耗设计。硬件方面通过选用具有低功耗特性的处理器和外围器件的方案来降低系统功耗,软件方面则可以在操作流程上实现对功耗的优化设计。3).动态监测技术的算法实现:研究心电信号去噪、QRS波群识别技术、实时动态呼吸信号处理和呼吸率监测算法。在心电QRS波群识别的研究中,分析了基于峰值定位的QRS波识别算法以及基于小波分析的QRS波识别算法。其中,基于峰值定位的QRS波识别算法运算简单,计算复杂度较低,适用于计算能力较低的多生理参数监测终端。在呼吸率监测的研究中,根据终端监测设备计算能力较低而呼吸率监测实时性要求较高的特点,设计了适用于多生理参数监测终端的数字滤波器,实现了呼吸率的动态监测。4).样机性能检验与科技查新:该仪器通过了浙江省医疗器械检验院的性能检验。同时,科技查新结果验证了多生理参数监测仪在小型化、低功耗设计方面的先进性。多生理参数监测仪样机在台江区宁化街道社区医院进行教学研究目的临床实验,实验结果显示具有较高的可靠性。针对家庭日常监护以及运动监护的特定需求,本文研制了腕戴式无线低功耗心率实时监测装置。研究内容包括:1).腕戴式心率监测技术方案研究:采用桡动脉、尺动脉脉搏信号及其差分信号叁通道同时检测的方法提高系统检测的可靠性,增强抗干扰能力,同时,进行低功耗电路和电源功耗管理的优化设计。然而,基于压电传感器的腕戴式无线低功耗心率监测装置面临着信号容易饱和的问题,为此,本文重点研究基于光电容积法(Photoplethysmography,PPG)的具有较强抗干扰能力的反射式无线心率监测装置。2).反射式心率监测机理与光学模型研究:本文分析了反射式心率检测的组织光学模型以及运动干扰消除原型,设计并制作了具有较高增益、相位一致性的双通道光电采集电路。由于人体组织的复杂性导致理论计算的结果与实际效果之间存在一定的差异,本文设计了不同径向距离和不同形态的传感器阵列进行研究。在反射式光电检测技术中,通过建立组织模型,提出由组织形变产生的运动干扰主要表现为LED之间以及运动时组织内光程的改变。用ZEMAX光学仿真软件对几何光路部分进行仿真,筛选出较优方案,为硬件设计提供参考。3).双光路心率监测电路设计与抗干扰技术研究:根据建立的模型以及ZEMAX光学仿真软件的仿真结果,本文首次提出了 一种算法复杂性低,动态范围高,抗运动干扰能力强的方案。该方案使用红、绿双色LED作为发光管,其中,红光波长为620～630nm,绿光波长为518～530nm,并实现2ms时间分辨率,0.85mm空间分辨率的驱动。设计四种运动模式,实验结果证明了所设计的模型的合理性,并且验证了使用红光通道、绿光通道及差分通道同时采集脉搏波信号以提高系统抗运动干扰能力的方法是可行的,而且差分通道具有较强的抗运动干扰能力和较高信噪比。
参考文献：
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[2]. 无创血氧饱和度实时监测系统的研究[J]. 常昌远, 魏同立. 电子器件. 1999
[3]. 基于光电容积描记法的人体生理参数动态测量技术研究[D]. 李皙茹. 中国科学技术大学. 2017
[4]. 基于RFID可定位生命体征监测关键技术研究[D]. 刘广伟. 天津大学. 2014
[5]. 穿戴式人体生理参数监测系统的研究与实现[D]. 郭维. 吉林大学. 2012
[6]. 反射式脉搏血氧动态监测系统的设计及关键技术研究[D]. 戴仲岩. 中南大学. 2012
[7]. 基于近红外光透射式血氧含量监测系统的研究[D]. 渠立亮. 哈尔滨理工大学. 2016
[8]. 无创脉搏血氧饱和度监测仪的研究[D]. 吕春玲. 辽宁工程技术大学. 2009
[9]. 穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究[D]. 龚渝顺. 第叁军医大学. 2012
[10]. 穿戴式生理参数监测关键技术研究及系统设计[D]. 周聪聪. 浙江大学. 2016