个性化可穿戴式血氧与血压无创监测系统

发布时间：2017-09-11 23:18

  本文关键词：个性化可穿戴式血氧与血压无创监测系统

  更多相关文章： 穿戴式设备 血氧 血压无袖带测量 传感器节点 脉搏波

【摘要】：近年来,随着微电子技术的进步,伴随着移动互联网终端的迅猛发展,穿戴式电子设备引起越来越多的关注。环境的恶化、食品安全的威胁、各类慢性疾病患者的年轻化等都促使现代人对自身健康监测更加重视。但已有的监测设备不仅体积大、功耗大、操作复杂,而且在血压等一些生理参数的监测上忽略了人与人之间的个体差异,对精度造成了很大影响。这些都使得市面上的健康监测设备无法很好地融入到现代人忙碌且高效的生活当中。所以一款个性化穿戴式的健康监测设备是具有研究意义的。血氧饱和度和连续血压值是反映人体生理机能的重要参数,在健康监测领域中具有极其重要的参考价值。个性化的无创连续血压测量方法克服了传统血压测量方法的缺点,对于日常情况下血压的监测具有一定的优势,有效的反映出血压实时变化的趋势。同时,由于血压大幅变化可能会导致身体内的氧供给不足,引发更严重的心血管疾病,因此同步测量血压与血氧饱和度是很有必要的。所以本文主要针对这两个参数进行研究,设计并实现了个性化可穿戴式血氧与血压无创监测系统。本系统包括血氧检测节点,心电检测节点以及Android智能手机三大部分。通过分立的传感器节点,分别同步采集血氧脉搏波和心电信号,通过蓝牙传输到Android智能手机当中,实时显示出被测试者的心电和血氧脉搏波形,并计算出心率、脉率、血氧饱和度和血压估测值。基于个性化和穿戴式的特征,本文对指环式血氧探头的佩戴和基于脉搏波传导时间的个性化血压估测模型进行了深入研究。制作了一款简易的指环式血氧探头,并通过对其自身以及与指夹式血氧探头的对比实验,验证了它的精度与实用性。在个性化血压建模方面,针对七名被测对象进行了的血压估测建模和误差分析。本文对三种血压估测模型进行对比分析,模型1为线性模型,模型2为一阶双曲线模型,模型3为二阶双曲线模型,三种模型的误差均小于AAMI国际标准规定的5±8 mmHg误差范围,其中模型3精度较高,对SBP和DBP的误差分别为2.86242±2.7283mmHg, 3.8331±2.995 mmHg。
【关键词】：穿戴式设备 血氧 血压无袖带测量 传感器节点 脉搏波
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究概述12-16
• 1.2.1 穿戴式健康设备的研究概述12-13
• 1.2.2 血氧饱和度测量技术的研究概述13-15
• 1.2.3 基于脉搏波传导时间的血压测量技术研究概述15-16
• 1.3 本论文的研究内容16-17
• 1.4 本论文的结构安排17-18
• 第2章 个性化血压估测及血氧饱和度检测的理论基础18-29
• 2.1 血氧饱和度的生理意义18
• 2.2 无创血氧测量的理论基础18-23
• 2.2.1 郎伯-比尔(Lambert-Beer)定律19-20
• 2.2.2 光电测量法原理20-21
• 2.2.3 光电容积脉搏波描记法21-22
• 2.2.4 脉搏血氧饱和度检测原理22-23
• 2.3 血压的生理意义23-24
• 2.4 个性化血压测量的理论基础24-28
• 2.4.1 脉搏波的传播速度24-26
• 2.4.2 脉搏波传播时间和血压的关系26-27
• 2.4.3 PWTT的计算方法27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 传感器节点的硬件设计与实现29-52
• 3.1 硬件设计总体方案29-30
• 3.2 血氧检测节点30-44
• 3.2.1 指环式血氧探头的研制31-34
• 3.2.2 光信号的产生驱动电路34
• 3.2.3 信号调理电路34-41
• 3.2.4 分离电路41-43
• 3.2.5 蓝牙模块43-44
• 3.3 心电检测节点44-45
• 3.4 数字电路45-51
• 3.4.1 单片机最小系统45-47
• 3.4.2 单片机程序设计47-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 系统软件设计52-67
• 4.1 信号处理52-55
• 4.1.1 信号预处理52-54
• 4.1.2 特征点提取54-55
• 4.2 血氧饱和度计算55-58
• 4.2.1 血氧饱和度计算55
• 4.2.2 血氧饱和度的标定方法55-56
• 4.2.3 系统标定56-58
• 4.3 个性化血压估测58-61
• 4.3.1 个性化血压估测模型58
• 4.3.2 系数标定58-60
• 4.3.3 定标实验设计60-61
• 4.4 系统终端软件61-66
• 4.4.1 Android系统简介61-63
• 4.4.2 系统软件结构63
• 4.4.3 系统功能63
• 4.4.4 软件总体结构流程63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 系统性能测试分析67-75
• 5.1 血氧饱和度结果测试67-68
• 5.1.1 实验方案及流程67
• 5.1.2 实验结果及讨论67-68
• 5.2 血压估测模型测试68-73
• 5.2.1 实验方案及流程68-69
• 5.2.2 血压估测模型误差分析与讨论69-73
• 5.3 血压估测结果测试73-74
• 5.4 系统整体结果74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 总结与展望75-77
• 6.1 本文工作总结75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间学术成果81

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本文编号：833668