基于双通道热流模型的核心体温监测系统研究

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核心体温是人体的基本生理参数之一,反映了内部器官的温度。核心体温的连续监测能较准确地反映机体的生理状态变化。现有非侵入式核心体温检测方式包括零热流法、单/双通道热流法测温等,这些方法仍存在需要热源、要多次校准以及精度较低等缺点。本文设计了一种基于双通道热流模型的小型化核心体温监测系统,实现核心温度的连续、准确监测,具体研究内容如下:
  首先,本文基于双通道热流模型的原理,在COMSOL平台上建立分离式双圆柱结构的有限元模型,设计正交实验分析传感器结构对模型的影响,并对比相同尺寸不同结构在横向热通量、预测精度和稳定性等方面的差异,确定优选结构。随后针对传感器模型研究其测量深度,为人体实验中探头的贴附部位提供参考。最后,针对探头材料的热物性参数进行仿真分析,确定探头外壳的优选材料。
  接着,本文开发了低功耗、可穿戴的核心体温监测装置及对应的上位机软件系统,实现了温度数据的采集、无线传输和核心体温的预测。软件系统由上位机界面和后台算法组成,包括数据可视化、历史数据查询和异常温度报警等功能,实现了对核心体温准确、稳定的预测。
  最后,本文设计了热板和人体实验验证了系统的有效性。热板测试实验结果显示,探头经过短时预热的情况下,在35.1~41.3℃范围内,核心温度的预测误差为0.06±0.05℃,通过第三方机构的检测,上述测量精度和重复性误差均达到了国标的要求。通过18名成年健康受试者安静状态下实验测试表明,系统预测的核心体温与腋窝温度有较高的一致性;此外,本文还设计了相关实验,验证了系统在女性排卵日期预测应用中的可行性。
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