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： 電子信息及自動化技術應用電子信息及自動化技術應用 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 導師姓名：導師姓名： 魏德仙魏德仙 副教授副教授company logo論文結構論文結構項目背景項目背景1系統(tǒng)實現(xiàn)的技術路線系統(tǒng)實現(xiàn)的技術路線2系統(tǒng)實驗與結果分析系統(tǒng)實驗與結果分析3 3改善和展望改善和展望 4 company logo項目背景項目背景v1.1.肺功能檢測在現(xiàn)代醫(yī)學上的重要意義。肺功能檢測在現(xiàn)代醫(yī)學上的重要意義。v2.2.目前市場上常見的肺功能儀及其應用狀目前市場上常見的肺功能儀

2、及其應用狀 況。況。v3.3.國內肺功能儀面對的尷尬局面。國內肺功能儀面對的尷尬局面。company logo項目背景項目背景v肺功能檢測臨床意義：肺功能檢測臨床意義：l(1)(1)呼吸系統(tǒng)的檢測。呼吸系統(tǒng)的檢測。l(2)(2)用于鑒別氣道梗阻的類型。用于鑒別氣道梗阻的類型。l(3)(3)用于胸腹部外科手術前肺功能評估。用于胸腹部外科手術前肺功能評估。l(4)(4)用于支氣管激發(fā)、擴張實驗。用于支氣管激發(fā)、擴張實驗。l(5)(5)用于彌散功能實驗。用于彌散功能實驗。 company logo項目背景項目背景v市場上常見肺功能儀市場上常見肺功能儀(1)(1)比利時麥迪肺功能測試系統(tǒng)（比利時麥迪肺

3、功能測試系統(tǒng)（hypairhypair） (2)(2)德國耶格公司生產(chǎn)的電腦化肺功能儀德國耶格公司生產(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)南通衡器廠的南通衡器廠的fcs-10000fcs-10000型電子肺活量計型電子肺活量計 (5)(5)申仙醫(yī)教器械廠生產(chǎn)的申仙醫(yī)教器械廠生產(chǎn)的flj-bflj-b型電子肺活量計型電子肺活量計 company logo項目背景項目背景v國內肺功能儀狀應用狀況：國內肺功能儀狀應用狀況：(1)

4、(1)國內大中型醫(yī)院所使用的肺功能儀主要是依國內大中型醫(yī)院所使用的肺功能儀主要是依 靠進口，市場的占有率方面國產(chǎn)肺功能儀僅靠進口，市場的占有率方面國產(chǎn)肺功能儀僅 占占12.4%12.4%，而進口型卻占，而進口型卻占87.6%87.6%。(2)(2)進口機價格昂貴，維修困難，特別是由于機進口機價格昂貴，維修困難，特別是由于機 內設置的正常人參考值為西方人的參數(shù)，與內設置的正常人參考值為西方人的參數(shù)，與 中國人的正常值有中國人的正常值有5 510%10%的誤差，使實際使的誤差，使實際使 用效果大打折扣。用效果大打折扣。company logo技術路線技術路線功能需求分析功能需求分析確定系統(tǒng)模塊構成

5、確定系統(tǒng)模塊構成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 機軟件機軟件 下位下位 機軟件機軟件上位機上位機數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)值積分數(shù)值積分誤差補償誤差補償下位機下位機數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集a/d轉換轉換 實時監(jiān)控實時監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)完成肺活量精確測量完成肺活量精確測量肺活量測試系統(tǒng)肺活量測試系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計company logo技術路線技術路線v1.1.肺量氣體構成。肺量氣體構成。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)軟件部分實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件部分實現(xiàn)。company logo技術路線技術路線v1.1.肺

6、量氣體構成。肺量氣體構成。(肺量氣體構成圖)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項目背景項目背景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機機（數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）（數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）空氣壓縮機空氣壓縮機 （系統(tǒng)硬件結構圖）（系統(tǒng)硬件結構圖）流量頭流量頭company logo技術路線技術路線company logo技術路線技術路線company logo技術路線技術路線v 模擬電壓采樣電路模擬電壓采樣電路圖圖 compan

7、y logo技術路線技術路線v 傳感器類型及功能傳感器類型及功能 本系統(tǒng)采用美國矽翔所生產(chǎn)型號為本系統(tǒng)采用美國矽翔所生產(chǎn)型號為fs1022cl流流量傳感器，該傳感器可輸出線性量傳感器，該傳感器可輸出線性rs232數(shù)字或電壓模數(shù)字或電壓模擬兩種信號。擬兩種信號。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) 零點輸出零點輸出 0 毫伏毫伏 零點輸出漂移零點輸出漂移 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) 傳感器響應時間傳感器響應時間 50 毫秒毫秒company logo技術路線技術

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

9、ny logo技術路線技術路線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技術路線技術路線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技術路線技術路線v 下位機軟件工作流程圖下位機軟件工作流程圖 company logo系統(tǒng)試驗與結果分析系統(tǒng)試驗與結果分析v系統(tǒng)試驗系統(tǒng)試驗 (1)空氣壓縮機氣體輸入實驗空氣壓縮機氣體輸入實驗 該實驗使用空氣壓縮機作為氣體輸出源，該實驗使用空氣壓縮機作為氣體輸出源，每次以一標準大氣壓下每次以一標準大氣壓下40升容量的標準向傳感升容量的標準向傳感器輸入氣體，進行器輸入氣體，進行20組實驗。其目的在于對

10、系組實驗。其目的在于對系統(tǒng)進行標定，驗證系統(tǒng)測試結果的精度。統(tǒng)進行標定，驗證系統(tǒng)測試結果的精度。 (2)受試者呼氣輸入實驗受試者呼氣輸入實驗 該實驗通過受試者直接向傳感器呼氣，目該實驗通過受試者直接向傳感器呼氣，目的在于測試其肺活量和第一秒用力呼氣量，的在于測試其肺活量和第一秒用力呼氣量，4個受試者每人進行個受試者每人進行10組的測試實驗。組的測試實驗。company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗空氣壓縮機氣體輸入實驗company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體

11、輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析company logo技術要點技術要點v兩種數(shù)據(jù)采集方法對比兩種數(shù)據(jù)采集方法對比 company logo技術要點技術要點v實驗結果分析實驗結果

12、分析 從上述兩個表格的數(shù)據(jù)可以看出：從上述兩個表格的數(shù)據(jù)可以看出： （1）采集到的數(shù)字信號積分值的均數(shù)、標準）采集到的數(shù)字信號積分值的均數(shù)、標準差、標準誤差分別為：差、標準誤差分別為：39.593，0.993，0.222；采集到的模擬信號積分值的均數(shù)、標準差、標準采集到的模擬信號積分值的均數(shù)、標準差、標準誤差分別為：誤差分別為：37.613，0.944，0.211。 （2）兩變量兩兩相減的差值均數(shù)、標準差、）兩變量兩兩相減的差值均數(shù)、標準差、差值均數(shù)的標準誤差分別為差值均數(shù)的標準誤差分別為1.980，0.050，0.010，95可信區(qū)間為可信區(qū)間為1.9572.003，配對檢，配對檢驗結果驗結

13、果t178.272，顯著值為，顯著值為00.05，表明測量值與檢驗值沒有顯著差異。，表明測量值與檢驗值沒有顯著差異。 (4)樣本中最大誤差樣本中最大誤差emax=0.973(注注:補償前的最大誤差補償前的最大誤差為為emax=1.934)，則，則0.973/40=2.43%(補償前為：補償前為：1.934/40 =4.84% )。 得出得出結論結論：通過拋物線插值法積分對實驗誤差進行補償達：通過拋物線插值法積分對實驗誤差進行補償達 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 由于受實驗條件和本人知識

14、水平所限，在由于受實驗條件和本人知識水平所限，在該論文的研究中，一下幾個方面還需進行改進：該論文的研究中，一下幾個方面還需進行改進： (1)將大容量的空氣壓縮機改為容積與人肺活量將大容量的空氣壓縮機改為容積與人肺活量 相當?shù)臍怏w輸入源進行標定。相當?shù)臍怏w輸入源進行標定。 (2)采用精度更高的流量傳感器構建系統(tǒng)。采用精度更高的流量傳感器構建系統(tǒng)。 (3)對積分算法進一步優(yōu)化，從軟件上降低誤對積分算法進一步優(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 若對系統(tǒng)的實時性和采樣精度有更高要求時可以采用若對系統(tǒng)的實時性和采樣精度有更高要求時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)院大型的肺功能測試系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)庫對海量測試數(shù)據(jù)進行管理，若要便于測試可考慮開發(fā)庫對海量測試數(shù)據(jù)進行管理，若要便于測試可考慮開發(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