头戴式和胸戴式体征参数采集装置的研究与设计

发布时间：2020-03-21 15:16

【摘要】：近年来,应用于医疗监护领域的可穿戴设备凭借其独特的便携性与实时性越来越多地出现在了人们的日常生活中,但是市面上适用于工人穿戴的体征参数监测设备还很少。而在高强度工作状态下的工人普遍对其身体状况缺乏足够的认识,由此导致工人会突发重病甚至死亡,因此对工人的健康监护又显得格外重要。基于以上事实,本文设计了一套可以实时监测工人血氧饱和度、心率和呼吸率等数据的体征参数采集装置,手机通过蓝牙接收数据并在相应的APP上实时显示。该装置可以实现对工人生命体征的监护,减少因突发疾病带来的损失。本文从可穿戴性、检测参数准确性和低功耗等方面考虑,设计一套适用于工人穿戴的体征参数采集装置。该装置包括头戴式装置和胸戴式装置,头戴式装置以头盔为载体,利用基于反射式原理的生物传感器从额头采集脉搏波信号,检测血氧饱和度;胸戴式装置利用导电硅胶从胸部采集心电呼吸信号,检测心率和呼吸率。在硬件设计上,使用了低功耗微控制器,优化了元器件的布局,最终减小了电路板尺寸,降低了装置的功耗。在体征参数算法研究上,通过引入平滑滤波和形态学滤波去除高频干扰和基线漂移,在此基础上,采用差分异号法定位脉搏波信号极值点,计算血氧饱和度;采用差分阈值法定位心电信号R波,计算心率;采用逐点判别法找出呼吸信号的极大值点,计算呼吸率。对设计的体征参数采集装置进行一系列的测试,测试发现装置可进行正常的信号采集与处理,充电功能正常,装置续航时间在9小时以上。静止状态下,血氧饱和度、心率和呼吸率的平均误差率分别在3%、2%、3%以内;正常运动状态下,血氧饱和度、心率和呼吸率的平均误差率分别在5%、5%、6%以内。测试结果表明可穿戴装置满足设计要求,可以完成对工人生命体征参数的检测。
【图文】：

波形,脉搏波,信号特征,波形

[19]。图2.1为一个周期的标准脉搏波波形，U点是该波形的起始点，P点是主波波峰，，T 波为潮波，V 点为切迹，D 波为重搏波，也称为降中波。图 2. 1 脉搏波信号特征波形3. 光电容积脉搏波检测方法

曲线,吸光系数,血红蛋白,曲线

正常人体动脉血的血氧饱和度为 98%，静脉血为送氧气的能力即用血氧饱和度来衡量。低于 94%以下为供氧不足氧血症的标准[26,27]。氧饱和度检测原理饱和度的测量通常分为电化学法和光学法两类。电化学分析法需用血气分析仪测出血氧饱和度，这是一种有创测量方法，且不能而光学测量法是采用光电传感器的无创方法，它是基于动脉血液脱氧血红蛋白对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理来进行测量可以连续监测，而且也不会给人带来痛苦[28,29]。图 2.4 为氧合血蛋白的吸光系数曲线图，由此可知，入射光波长范围在 600 nm 1000nm 之间时，氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸光系数差异较分别为 660nm 和 880nm 的红光和红外光光源[30]。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP311.56;TN911.7;TH776.1

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