基于流量傳感器的肺活量采集系統(tǒng)課件

基于流量傳感器的肺活量采集系統(tǒng)研究方向：電子信息及自動化技術(shù)應(yīng)用博/碩士

碩士研究生姓名：羅文錦導(dǎo)師姓名：魏德仙副教授論文結(jié)構(gòu)項目背景1系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)路線2系統(tǒng)實驗與結(jié)果分析33改善和展望44CompanyLogo項目背景1.肺功能檢測在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上的重要意義。2.目前市場上常見的肺功能儀及其應(yīng)用狀況。3.國內(nèi)肺功能儀面對的尷尬局面。CompanyLogo項目背景市場上常見肺功能儀(1)比利時麥迪肺功能測試系統(tǒng)（HYP’AIR）(2)德國耶格公司生產(chǎn)的電腦化肺功能儀（MasterScope）(3)日本捷斯特（CHEST）公司的HI-101便攜式肺功能儀(4)南通衡器廠的FCS-10000型電子肺活量計

(5)申仙醫(yī)教器械廠生產(chǎn)的FLJ-B型電子肺活量計

CompanyLogo項目背景國內(nèi)肺功能儀狀應(yīng)用狀況：(1)國內(nèi)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)肺功能儀僅占12.4%，而進口型卻占87.6%。(2)進口機價格昂貴，維修困難，特別是由于機內(nèi)設(shè)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5～10%的誤差，使實際使用效果大打折扣。CompanyLogo技術(shù)路線功能需求分析確定系統(tǒng)模塊構(gòu)成FS1022CL流量傳感器外圍接口電路上位機軟件下位機軟件上位機數(shù)據(jù)處理數(shù)值積分誤差補償下位機數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換實時監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)完成肺活量精確測量肺活量測試系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計(系統(tǒng)技術(shù)路線圖)CompanyLogo技術(shù)路線1.肺量氣體構(gòu)成。2.系統(tǒng)硬件部分搭建。3.系統(tǒng)軟件部分實現(xiàn)。CompanyLogo項目背景2.系統(tǒng)硬件部分搭建流量傳感器TextinhereTextinhere外圍接口電路PC機（數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）空氣壓縮機（系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖）流量頭CompanyLogo技術(shù)路線硬件圖(b)CompanyLogo技術(shù)路線傳感器類型及功能

本系統(tǒng)采用美國矽翔所生產(chǎn)型號為FS1022CL流量傳感器，該傳感器可輸出線性RS232數(shù)字或電壓模擬兩種信號。傳感器部分參數(shù)量程0～200升/分鐘輸出RS232/模擬精度±1.5%讀數(shù)零點輸出0毫伏

零點輸出漂移±10毫伏

最大流量零漂誤差±0.2%讀數(shù)傳感器響應(yīng)時間50毫秒CompanyLogo技術(shù)路線3.系統(tǒng)軟件部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)AEBCF病人信息修改模塊用戶登陸模塊用戶管理模塊病人信息檢索模塊數(shù)字信號采集模塊模擬信號采集模塊DCompanyLogo技術(shù)路線用戶登陸模塊用戶登陸圖(a)用戶登陸圖(b)CompanyLogo技術(shù)路線用戶管理模塊

用戶管理模塊圖CompanyLogo技術(shù)路線數(shù)字信號采集模塊

數(shù)字信號采集圖CompanyLogo技術(shù)路線病人信息檢索模塊

病人信息檢索圖CompanyLogo技術(shù)路線病人信息修改模塊

病人信息修改圖CompanyLogo系統(tǒng)試驗與結(jié)果分析系統(tǒng)試驗

(1)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，每次以一標準大氣壓下40升容量的標準向傳感器輸入氣體，進行20組實驗。其目的在于對系統(tǒng)進行標定，驗證系統(tǒng)測試結(jié)果的精度。

(2)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10組的測試實驗。CompanyLogo技術(shù)要點空氣壓縮機氣體輸入實驗CompanyLogo技術(shù)要點空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析數(shù)字信號積分效果圖CompanyLogo技術(shù)要點空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析數(shù)字信號實驗采集離散點數(shù)據(jù)表CompanyLogo技術(shù)要點空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析模擬信號數(shù)據(jù)回歸曲線CompanyLogo技術(shù)要點空氣壓縮機氣體輸入實驗數(shù)據(jù)分析模擬信號實驗采集離散點數(shù)據(jù)表CompanyLogo技術(shù)要點兩種數(shù)據(jù)采集方法對比

CompanyLogo技術(shù)要點實驗結(jié)果分析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、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1.957～2.003，配對檢驗結(jié)果t＝178.272，顯著值為0<0.05，表明所采用的兩種方法測試之間有顯著差異。得出結(jié)論：對數(shù)字信號積分得到的氣體體積值比對模擬信號積分得到的氣體體積值更準確，之后的肺活量測量實驗應(yīng)該采用對數(shù)字信號積分的方法對氣體體積進行積分。CompanyLogo技術(shù)要點受試者呼氣輸入實驗CompanyLogo技術(shù)要點受試者呼氣輸入實驗數(shù)據(jù)分析CompanyLogo技術(shù)要點受試者呼氣輸入實驗數(shù)據(jù)分析CompanyLogo技術(shù)要點受試者呼氣輸入實驗數(shù)據(jù)分析CompanyLogo技術(shù)要點受試者呼氣輸入實驗結(jié)論：從結(jié)果中看出，測量者1與測量者3無顯著差異；測量者2與其他測量者都有顯著差異；測量者3與測量者1無顯著差異；測量者4與其他測量者都有顯著差異。得出結(jié)論：本實驗所采用流量傳感器實現(xiàn)肺活量數(shù)據(jù)采集適合于不同測試者的肺活量檢測。CompanyLogo技術(shù)要點通過積分算法優(yōu)化進行誤差補償CompanyLogo技術(shù)要點通過積分算法優(yōu)化進行誤差補償CompanyLogo技術(shù)要點通過積分算法優(yōu)化進行誤差補償CompanyLogo技術(shù)要點通過積分算法優(yōu)化進行誤差補償CompanyLogo技術(shù)要點結(jié)果分析從上述兩個表可以看出：(1)樣本共有20個觀察值，均數(shù)、標準差、標準誤差分別為：39.956，0.364，0.081。

(2)均數(shù)之差的標準誤差為：-0.045，以及95％水平可信區(qū)間為：-0.215～0.126。(3)單樣本T檢驗t＝0.547，雙尾檢驗顯著值p＝0.591>0.05，表明測量值與檢驗值沒有顯著差異。(4)樣本中最大誤差Emax=0.973(注:補償前的最大誤差為Emax=1.934)，則0.973/40=2.43%(補償前為：1.934/40=4.84%)。得出結(jié)論：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。CompanyLogo改善和展望系統(tǒng)改善

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：

(1)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。

(2)采用精度更高的流量傳感器構(gòu)建系統(tǒng)。

(3)對積分算法進一步優(yōu)化，從軟件上降低誤差。

CompanyLogo系統(tǒng)的不足及其可改善的工作展望

若對系統(tǒng)的實時性和采樣精度有更高要求時可以采用其他高性能的處理器，例如ARM,DSP,AVR等等。本系統(tǒng)定位于醫(yī)院大型的肺功能測試系統(tǒng)，