基于流量传感器的肺活量采集系统课件

基于流量传感器的肺活量采集系统研究方向：电子信息及自动化技术应用博/硕士

硕士研究生姓名：罗文锦导师姓名：魏德仙副教授论文结构项目背景1系统实现的技术路线2系统实验与结果分析33改善和展望44CompanyLogo项目背景1.肺功能检测在现代医学上的重要意义。2.目前市场上常见的肺功能仪及其应用状况。3.国内肺功能仪面对的尴尬局面。CompanyLogo项目背景市场上常见肺功能仪(1)比利时麦迪肺功能测试系统（HYP’AIR）(2)德国耶格公司生产的电脑化肺功能仪（MasterScope）(3)日本捷斯特（CHEST）公司的HI-101便携式肺功能仪(4)南通衡器厂的FCS-10000型电子肺活量计

(5)申仙医教器械厂生产的FLJ-B型电子肺活量计

CompanyLogo项目背景国内肺功能仪状应用状况：(1)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占12.4%，而进口型却占87.6%。(2)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，与中国人的正常值有5～10%的误差，使实际使用效果大打折扣。CompanyLogo技术路线功能需求分析确定系统模块构成FS1022CL流量传感器外围接口电路上位机软件下位机软件上位机数据处理数值积分误差补偿下位机数据采集A/D转换实时监控发送数据完成肺活量精确测量肺活量测试系统系统硬件设计系统软件设计(系统技术路线图)CompanyLogo技术路线1.肺量气体构成。2.系统硬件部分搭建。3.系统软件部分实现。CompanyLogo项目背景2.系统硬件部分搭建流量传感器TextinhereTextinhere外围接口电路PC机（数据管理系统）空气压缩机（系统硬件结构图）流量头CompanyLogo技术路线硬件图(b)CompanyLogo技术路线传感器类型及功能

本系统采用美国矽翔所生产型号为FS1022CL流量传感器，该传感器可输出线性RS232数字或电压模拟两种信号。传感器部分参数量程0～200升/分钟输出RS232/模拟精度±1.5%读数零点输出0毫伏

零点输出漂移±10毫伏

最大流量零漂误差±0.2%读数传感器响应时间50毫秒CompanyLogo技术路线3.系统软件部分实现数据管理系统AEBCF病人信息修改模块用户登陆模块用户管理模块病人信息检索模块数字信号采集模块模拟信号采集模块DCompanyLogo技术路线用户登陆模块用户登陆图(a)用户登陆图(b)CompanyLogo技术路线用户管理模块

用户管理模块图CompanyLogo技术路线数字信号采集模块

数字信号采集图CompanyLogo技术路线病人信息检索模块

病人信息检索图CompanyLogo技术路线病人信息修改模块

病人信息修改图CompanyLogo系统试验与结果分析系统试验

(1)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，每次以一标准大气压下40升容量的标准向传感器输入气体，进行20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。

(2)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10组的测试实验。CompanyLogo技术要点空气压缩机气体输入实验CompanyLogo技术要点空气压缩机气体输入实验数据分析数字信号积分效果图CompanyLogo技术要点空气压缩机气体输入实验数据分析数字信号实验采集离散点数据表CompanyLogo技术要点空气压缩机气体输入实验数据分析模拟信号数据回归曲线CompanyLogo技术要点空气压缩机气体输入实验数据分析模拟信号实验采集离散点数据表CompanyLogo技术要点两种数据采集方法对比

CompanyLogo技术要点实验结果分析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、差值均数的标准误差分别为1.980，0.050，0.010，95％可信区间为1.957～2.003，配对检验结果t＝178.272，显著值为0<0.05，表明所采用的两种方法测试之间有显著差异。得出结论：对数字信号积分得到的气体体积值比对模拟信号积分得到的气体体积值更准确，之后的肺活量测量实验应该采用对数字信号积分的方法对气体体积进行积分。CompanyLogo技术要点受试者呼气输入实验CompanyLogo技术要点受试者呼气输入实验数据分析CompanyLogo技术要点受试者呼气输入实验数据分析CompanyLogo技术要点受试者呼气输入实验数据分析CompanyLogo技术要点受试者呼气输入实验结论：从结果中看出，测量者1与测量者3无显著差异；测量者2与其他测量者都有显著差异；测量者3与测量者1无显著差异；测量者4与其他测量者都有显著差异。得出结论：本实验所采用流量传感器实现肺活量数据采集适合于不同测试者的肺活量检测。CompanyLogo技术要点通过积分算法优化进行误差补偿CompanyLogo技术要点通过积分算法优化进行误差补偿CompanyLogo技术要点通过积分算法优化进行误差补偿CompanyLogo技术要点通过积分算法优化进行误差补偿CompanyLogo技术要点结果分析从上述两个表可以看出：(1)样本共有20个观察值，均数、标准差、标准误差分别为：39.956，0.364，0.081。

(2)均数之差的标准误差为：-0.045，以及95％水平可信区间为：-0.215～0.126。(3)单样本T检验t＝0.547，双尾检验显著值p＝0.591>0.05，表明测量值与检验值没有显著差异。(4)样本中最大误差Emax=0.973(注:补偿前的最大误差为Emax=1.934)，则0.973/40=2.43%(补偿前为：1.934/40=4.84%)。得出结论：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。CompanyLogo改善和展望系统改善

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：

(1)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。

(2)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，从软件上降低误差。

CompanyLogo系统的不足及其可改善的工作展望

若对系统的实时性和采样精度有更高要求时可以采用其他高性能的处理器，例如ARM,DSP,AVR等等。本系统定位于医院大型的肺功能测试系统，