便携式心肺监护系统的设计与实现

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近年来,随着社会经济的不断发展,以及各种流行性肺部疾病和心血管疾病患病率的提升,人们对于自身心肺功能健康的关注度也不断提升。而针对心肺功能健康的判断,除了去医院进行正规检测,通过监护设备对人体心肺功能相关生理参数进行日常监测也可实现。但传统的监护设备体积大、成本高、操作复杂,甚至要详细了解身体功能健康还需要具备一定的专业知识,大都存在于医院的ICU中,不满足实现人们对自身心肺功能生理健康的日常监测的需求。而现有的一些便携式监护设备往往监护功能单一,很少有同时对心肺功能同时监护的设备,并且这些设备通常不具备数据管理功能,而一些慢性疾病患者往往需要进行长期的监护的,这就使得监护数据的保存变得同样重要。因此本文设计了一款便携式心肺监护系统。本文设计的便携式心肺功能监护系统,整个系统由自行设计实现的硬件生理信号采集终端以及本人设计实现的Android APP组成。硬件终端上集成了心电信号采集模块AD8232和光电容积脉搏波信号采集模块MAX30102两种生理信号采集模块,一个蓝牙通信模块HC05进行数据通信和微数据处理器STM32F103进行整个硬件采集终端的控制,通过蓝牙模块将采集到的信号发送到手机。数据的后续处理工作在手机上完成并通过Android APP实现人机交互。通过利用集合经验模态分解(EEMD)分解算法结合本人提出的修正阈值的阈值去噪方法完成硬件采集终端对心电信号和脉搏波信号的去噪工作,去噪后信噪比可以达到15.14d B,对去噪后的两种生理信号进行特征点检测,结合相关算法完成对心率、脉搏血氧饱和度、血压、呼吸率、心输出量、最大摄氧量等心肺功能相关生理参数的计算。再以计算出的生理参数和去噪后的心电信号单个心拍为输入特征,建立随机森林心肺疾病辅助诊断和心律失常辅助诊断两种辅助诊断模型,完成对高血压、肺栓塞、肺炎、呼吸短促四类心肺疾病的诊断和正常、室性早搏、房性早搏、右束传导阻滞、左束传导阻滞、起搏六类心律失常的诊断。监护系统的移动APP终端除了进行数据的处理分析工作之外,还建立了SQLite数据库,用于存储用户的监测数据,实现用户对自身心肺功能监护数据的管理、人机交互界面会显示本次监测的结果信息,以及一些短信通知等功能。论文最后对整个监护系统进行了功能测试,各项功能均达到预期,实现了兼具便携性、满足监护需求、辅助诊断、数据管理的心肺功能监护系统。
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