基于流量传感器的肺活量采集系统

1、基于流量传感器的肺活量采集基于流量传感器的肺活量采集系统系统 研究方向：研究方向： 电子信息及自动化技术应用电子信息及自动化技术应用 博博 / 硕士硕士 硕士硕士 研究生姓名：罗文锦研究生姓名：罗文锦 导师姓名：导师姓名： 魏德仙魏德仙 副教授副教授company logo论文结构论文结构项目背景项目背景1系统实现的技术路线系统实现的技术路线2系统实验与结果分析系统实验与结果分析3 3改善和展望改善和展望 4 company logo项目背景项目背景v1.1.肺功能检测在现代医学上的重要意义。肺功能检测在现代医学上的重要意义。v2.2.目前市场上常见的肺功能仪及其应用状目前市场上常见的肺功能仪

2、及其应用状 况。况。v3.3.国内肺功能仪面对的尴尬局面。国内肺功能仪面对的尴尬局面。company logo项目背景项目背景v肺功能检测临床意义：肺功能检测临床意义：l(1)(1)呼吸系统的检测。呼吸系统的检测。l(2)(2)用于鉴别气道梗阻的类型。用于鉴别气道梗阻的类型。l(3)(3)用于胸腹部外科手术前肺功能评估。用于胸腹部外科手术前肺功能评估。l(4)(4)用于支气管激发、扩张实验。用于支气管激发、扩张实验。l(5)(5)用于弥散功能实验。用于弥散功能实验。 company logo项目背景项目背景v市场上常见肺功能仪市场上常见肺功能仪(1)(1)比利时麦迪肺功能测试系统（比利时麦迪肺

3、功能测试系统（hypairhypair） (2)(2)德国耶格公司生产的电脑化肺功能仪德国耶格公司生产的电脑化肺功能仪 （masterscopemasterscope） (3)(3)日本捷斯特（日本捷斯特（chestchest）公司）公司 的的hi-101hi-101便携式便携式 肺功能仪肺功能仪 (4)(4)南通衡器厂的南通衡器厂的fcs-10000fcs-10000型电子肺活量计型电子肺活量计 (5)(5)申仙医教器械厂生产的申仙医教器械厂生产的flj-bflj-b型电子肺活量计型电子肺活量计 company logo项目背景项目背景v国内肺功能仪状应用状况：国内肺功能仪状应用状况：(1)

4、(1)国内大中型医院所使用的肺功能仪主要是依国内大中型医院所使用的肺功能仪主要是依 靠进口，市场的占有率方面国产肺功能仪仅靠进口，市场的占有率方面国产肺功能仪仅 占占12.4%12.4%，而进口型却占，而进口型却占87.6%87.6%。(2)(2)进口机价格昂贵，维修困难，特别是由于机进口机价格昂贵，维修困难，特别是由于机 内设置的正常人参考值为西方人的参数，与内设置的正常人参考值为西方人的参数，与 中国人的正常值有中国人的正常值有5 510%10%的误差，使实际使的误差，使实际使 用效果大打折扣。用效果大打折扣。company logo技术路线技术路线功能需求分析功能需求分析确定系统模块构成

5、确定系统模块构成fs1022cl流量流量传感器传感器 外围接外围接 口电口电 路路 上位上位 机软件机软件 下位下位 机软件机软件上位机上位机数据处理数据处理数值积分数值积分误差补偿误差补偿下位机下位机数据采集数据采集a/d转换转换 实时监控实时监控发送数据发送数据完成肺活量精确测量完成肺活量精确测量肺活量测试系统肺活量测试系统系统硬件设计系统硬件设计系统软件设计系统软件设计company logo技术路线技术路线v1.1.肺量气体构成。肺量气体构成。v2.2.系统硬件部分搭建。系统硬件部分搭建。v3.3.系统软件部分实现。系统软件部分实现。company logo技术路线技术路线v1.1.肺

6、量气体构成。肺量气体构成。(肺量气体构成图)注：潮气容积(vt)，深吸气量(ic)，肺活量(vc)，残气容积(rv)，肺总量(tlc) 。company logo项目背景项目背景v2 2. .系统硬件部分搭建系统硬件部分搭建流流量量传传感感器器text in heretext in here外围接口电路外围接口电路pc机机（数据管理系统）（数据管理系统）空气压缩机空气压缩机 （系统硬件结构图）（系统硬件结构图）流量头流量头company logo技术路线技术路线company logo技术路线技术路线company logo技术路线技术路线v 模拟电压采样电路模拟电压采样电路图图 compan

7、y logo技术路线技术路线v 传感器类型及功能传感器类型及功能 本系统采用美国矽翔所生产型号为本系统采用美国矽翔所生产型号为fs1022cl流流量传感器，该传感器可输出线性量传感器，该传感器可输出线性rs232数字或电压模数字或电压模拟两种信号。拟两种信号。v 传感器部分参数传感器部分参数 量程量程 0200 升升/分钟分钟 输出输出 rs232/模拟模拟 精度精度 1.5 %读数读数 零点输出零点输出 0 毫伏毫伏 零点输出漂移零点输出漂移 10 毫伏毫伏 最大流量零漂误差最大流量零漂误差 0.2 %读数读数 传感器响应时间传感器响应时间 50 毫秒毫秒company logo技术路线技术

8、路线v3.3.系统软件部分实现系统软件部分实现病人信息修改模块病人信息修改模块用户登陆模块用户登陆模块用户管理模块用户管理模块病人信息检索模块病人信息检索模块数字信号采集模块数字信号采集模块模拟信号采集模块模拟信号采集模块company logo技术路线技术路线v 用户登陆模块用户登陆模块用户登陆图(a)用户登陆图(b)company logo技术路线技术路线v 用户管理模块用户管理模块 用户管理模块图company logo技术路线技术路线v 数字信号采集模块数字信号采集模块 数字信号采集图company logo技术路线技术路线v 模拟信号采集模块模拟信号采集模块 模拟信号采集图compa

9、ny logo技术路线技术路线v 病人信息检索模块病人信息检索模块 病人信息检索图company logo技术路线技术路线v 病人信息修改模块病人信息修改模块 病人信息修改图company logo技术路线技术路线v 下位机软件工作流程图下位机软件工作流程图 company logo系统试验与结果分析系统试验与结果分析v系统试验系统试验 (1)空气压缩机气体输入实验空气压缩机气体输入实验 该实验使用空气压缩机作为气体输出源，该实验使用空气压缩机作为气体输出源，每次以一标准大气压下每次以一标准大气压下40升容量的标准向传感升容量的标准向传感器输入气体，进行器输入气体，进行20组实验。其目的在于对

10、系组实验。其目的在于对系统进行标定，验证系统测试结果的精度。统进行标定，验证系统测试结果的精度。 (2)受试者呼气输入实验受试者呼气输入实验 该实验通过受试者直接向传感器呼气，目该实验通过受试者直接向传感器呼气，目的在于测试其肺活量和第一秒用力呼气量，的在于测试其肺活量和第一秒用力呼气量，4个受试者每人进行个受试者每人进行10组的测试实验。组的测试实验。company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验空气压缩机气体输入实验company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体

11、输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v空气压缩机气体输入实验数据分析空气压缩机气体输入实验数据分析company logo技术要点技术要点v两种数据采集方法对比两种数据采集方法对比 company logo技术要点技术要点v实验结果分析实验结果

12、分析 从上述两个表格的数据可以看出：从上述两个表格的数据可以看出： （1）采集到的数字信号积分值的均数、标准）采集到的数字信号积分值的均数、标准差、标准误差分别为：差、标准误差分别为：39.593，0.993，0.222；采集到的模拟信号积分值的均数、标准差、标准采集到的模拟信号积分值的均数、标准差、标准误差分别为：误差分别为：37.613，0.944，0.211。 （2）两变量两两相减的差值均数、标准差、）两变量两两相减的差值均数、标准差、差值均数的标准误差分别为差值均数的标准误差分别为1.980，0.050，0.010，95可信区间为可信区间为1.9572.003，配对检，配对检验结果验结

13、果t178.272，显著值为，显著值为00.05，表明测量值与检验值没有显著差异。，表明测量值与检验值没有显著差异。 (4)样本中最大误差样本中最大误差emax=0.973(注注:补偿前的最大误差补偿前的最大误差为为emax=1.934)，则，则0.973/40=2.43%(补偿前为：补偿前为：1.934/40 =4.84% )。 得出得出结论结论：通过抛物线插值法积分对实验误差进行补偿达：通过抛物线插值法积分对实验误差进行补偿达 到了较好的效果，精度得到了一定的提高。到了较好的效果，精度得到了一定的提高。company logo改善和展望改善和展望v系统改善系统改善 由于受实验条件和本人知识

14、水平所限，在由于受实验条件和本人知识水平所限，在该论文的研究中，一下几个方面还需进行改进：该论文的研究中，一下几个方面还需进行改进： (1)将大容量的空气压缩机改为容积与人肺活量将大容量的空气压缩机改为容积与人肺活量 相当的气体输入源进行标定。相当的气体输入源进行标定。 (2)采用精度更高的流量传感器构建系统。采用精度更高的流量传感器构建系统。 (3)对积分算法进一步优化，从软件上降低误对积分算法进一步优化，从软件上降低误 差。差。 company logo系统的不足及其可改善的工作系统的不足及其可改善的工作v展望展望 若对系统的实时性和采样精度有更高要求时可以采用若对系统的实时性和采样精度有更高要求时可以采用其他高性能的处理器，例如其他高性能的处理器，例如arm,dsp,avrarm,dsp,avr等等。等等。 本系统定位于医院大型的肺功能测试系统，使用数据本系统定位于医院大型的肺功能测试系统，使用数据库对海量测试数据进行管理，若要便于测试可考虑开发库对海量测试数据进行管理，若要便于测试可考虑开发嵌入式便携型的肺功能仪，在嵌入式系统中建立小型数嵌入式便携型的肺功能仪，在嵌入式系统中建