基于流量传感器的肺活量采集系统

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,,Company Logo,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,3,3,改善和展望,4,4,,Company Logo,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。,,Company Logo,项目背景,肺功能检测临床意义：(1)呼吸系统的检测。(2)用于鉴别气道梗阻的类型。(3)用于胸腹部外科手术前肺功能评估。(4)用于支气管激发、扩张实验。(5)用于弥散功能实验。,,Company Logo,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（HYPAIR） (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,,Company Logo,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510%的误差，使实际使 用效果大打折扣。,,Company Logo,技术路线,(系统技术路线图),,Company Logo,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。,,Company Logo,技术路线,1.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,2.系统硬件部分搭建,流量传感器,Text in here,Text in here,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,,Company Logo,技术路线,硬件图(a),,Company Logo,技术路线,硬件图(b),,Company Logo,技术路线,模拟电压采样电路图,,Company Logo,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 0200 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,,Company Logo,技术路线,3.系统软件部分实现,数据管理系统,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,,Company Logo,技术路线,用户登陆模块,用户登陆图(a),用户登陆图(b),,Company Logo,技术路线,用户管理模块,用户管理模块图,,Company Logo,技术路线,数字信号采集模块,数字信号采集图,,Company Logo,技术路线,模拟信号采集模块,模拟信号采集图,,Company Logo,技术路线,病人信息检索模块,病人信息检索图,,Company Logo,技术路线,病人信息修改模块,病人信息修改图,,Company Logo,技术路线,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 (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。,,Company Logo,技术要点,空气压缩机气体输入实验,,Company Logo,技术要点,空气压缩机气体输入实验数据分析,数字信号数据回归曲线,,Company Logo,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,,Company Logo,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,,Company Logo,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,,Company Logo,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,,Company Logo,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,,Company Logo,技术要点,两种数据采集方法对比,,Company Logo,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1.9572.003，配对检验结果t178.272，显著值为00.05，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。,,Company Logo,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。,,Company Logo,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，使用数据