穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究

发布时间：2017-05-01 06:00

  本文关键词：穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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三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叠干扰的问题，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。
【关键词】：血氧饱和度 运动干扰 反射式监测 自适应滤波
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.0
【目录】：

• 英文摘要5-7
• 中文摘要7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 背景及意义9-10
• 1.2 无创血氧饱和度检测技术的发展10-12
• 1.3 无创血氧和饱和度检测技术的未来发展趋势12-13
• 1.4 课题来源及研究的主要内容13-15
• 第二章 无创血氧饱和度检测原理15-20
• 2.1 朗伯比尔定律15
• 2.2 透射式血氧饱和度检测原理15-17
• 2.3 反射式血氧饱和度检测原理17-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 新型穿戴式血氧饱和度监测仪研究20-35
• 3.1 反射式血氧饱和度监测装置硬件设计20-28
• 3.2 反射式血氧饱和度监测装置软件设计28-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 抗运动干扰自适应对消算法的研究35-49
• 4.1 PPG 信号分析35-36
• 4.2 运动干扰的引入36-37
• 4.3 LMS 自适应滤波的原理37-38
• 4.4 信号预处理38-43
• 4.5 运动干扰自适应对消算法43-45
• 4.6 步长因子的估计45-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第五章 实验及结果分析49-58
• 5.1 实验步骤及实验结果49-51
• 5.2 DST 算法与自适应对消算法比较51-57
• 5.3 讨论57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-61
• 6.1 论文工作总结58-59
• 6.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 文献综述 血氧饱和度监测技术的研究进展66-72
• 参考文献70-72
• 硕士期间发表的论文目录72-73
• 附录一73-79
• 附录二79-81

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  本文关键词：穿戴式抗运动干扰血氧饱和度监测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：338317