腕表式人体生理参数检测系统研究

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失血性休克是由严重失血引起的创伤并发症,常见于地震、火灾、车祸、爆炸等灾难现场,其发病迅速、伤情恶化快,是创伤患者死亡的主要因素之一。失血性休克致死是可预防的,如果能及早识别患者伤情并及时采取有效治疗措施,患者的死亡率将显著下降。在失血性休克早期,患者在人体代偿机制的作用下不会有明显临床表现,医疗人员很难凭借临床观察和经验准确诊断伤情。目前临床上以监护仪提供的心率、血压、血氧饱和度等重要生理指标作为诊断依据,但是大规模灾难现场环境复杂,临床所用监护仪体积大,使用条件高,不适用于灾害现场检测。本文研究了一种用于灾难现场失血性休克伤员生理指标检测的可穿戴医学传感装置,为伤情分级提供数据支持,提高失血性休克患者的存活率。研究内容主要包括:(1)根据灾难现场失血性休克患者的伤情分级需求,研制了生理信号原位检测系统。将光学传感器、温度传感器、低功耗蓝牙、微处理器和用户交互模块集成在腕表上,搭建了脉搏波信号、温度信号的硬件采集平台,结合信号处理、特征提取算法和计算模型,实现了心率、血氧饱和度、血压以及核心体温四种人体重要生理参数的检测。(2)针对脉搏波信号连续测量环境多变,受噪声干扰程度不一的问题,对传统滑动滤波信号处理算法进行改进,提出一种变窗长滑动滤波算法。通过原始信号一阶差分信号和二阶差分信号零点数,定量评估信号受噪声污染程度,再来确定滤波窗长和滤波次数。与传统滑动滤波算法相比,所提出的变窗长算法能够适应不同噪声环境下的信号滤波,并在滤除噪声的同时最大程度的保留原始信号关键特征。(3)研究了皮肤个体化差异、光强、光波长、测量位置因素对脉搏波信号质量的影响,提出了一种基于特征完整性的脉搏波周期筛选算法,降低对信号滤波算法的依赖,提高系统信号处理能力。(4)设计了生理参数临床验证实验,对11例临床危重病人进行了生理指标实时检测实验,结果表明心率测量准确度为93.55%,血氧测量准确度为87.1%,收缩压的误差为2±7.55(平均误差±标准偏差)mmHg,舒张压的误差为1.4±7.4(平均误差±标准偏差)mmHg,体温检测准确度为91%,表明所研制的腕表式人体生理参数检测设备具有良好临床应用价值。
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