便携式睡眠呼吸暂停低通气监测仪的研制
阻塞性睡眠呼吸暂停综合征是一种严重威胁人类健康的常见多发病,只是近30年来才逐渐被人们关注。是一种由于某些原因而导致上呼吸道阻塞,睡眠时有呼吸暂停,伴有缺氧、鼾声、白天嗜睡等症状的一种较复杂的疾病。它不仅影响人们的睡眠质量,还会引起高血压、心脑血管疾病等疾病,对人的健康危害极大。目前,医学上对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的预防、诊断和治疗受到了广泛的重视,因此研制一种便携式睡眠监测仪在临床上具有重要的意义。 本文基于光电容积法和朗伯-比尔定律,提出了脉率和血氧饱和度的算法,设计并实现了一种低功耗、体积小、价格便宜、适合家庭使用的睡眠呼吸暂停低通气监测仪。硬件设计上,通过NELLCOR指夹透射式血氧探头和相关驱动电路来采集人体脉搏波信号；通过HONEYWELL呼吸传感器提取鼻呼吸压力信号；设计并实现了人机交互式接口、时钟模块、存储模块、USB数据通信模块等。在软件设计上,在IAR平台上采用C430和汇编的混合编程完成底层驱动程序,实现了数据的采集、预处理、显示、存储和传输,实现了脉率和血氧饱和度的检测算法,同时,采用Visual C++作为开发平台,设计并实现了测试仪配套的PC机端软件系统,实现了生理参数的实时显示与健康评估。 通过系统测试表明,该监测仪各功能模块运行良好,整体功能完备,能有效提取脉搏波和呼吸信号,算出脉率和血氧饱和度,并结合呼吸信号,对人体睡眠状况进行评估。
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R197.39
【目录】：
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-5
- 目录5-8
- 第一章 绪论8-11
- 1.1 本课题的研究背景与意义8
- 1.2 睡眠呼吸暂停综合征概述8-10
- 1.2.1 睡眠呼吸暂停综合征相关医学知识8-9
- 1.2.2 国内外研究现状9
- 1.2.3 睡眠呼吸暂停综合征治疗方法概述9-10
- 1.3 论文工作与文章结构10-11
- 1.3.1 论文工作10
- 1.3.2 文章结构10-11
- 第二章 睡眠呼吸监护参数的检测原理和方法11-17
- 2.1 透射式脉搏血氧饱和度的检测概述与模块设计11-15
- 2.1.1 血氧饱和度基本概念与临床检测意义11
- 2.1.2 血氧饱和度检测原理与方法11-14
- 2.1.3 血氧饱和度检测技术14-15
- 2.1.4 透射式血氧饱和度检测模块设计15
- 2.2 人体呼吸信号检测及检测模块设计15-17
- 2.2.1 常用的呼吸信号检测方法15-16
- 2.2.2 人体呼吸信号检测模块设计16-17
- 第三章 睡眠呼吸暂停低通气动态监测仪硬件设计17-31
- 3.1 系统总体设计17-20
- 3.1.1 需求分析17
- 3.1.2 系统组成17-18
- 3.1.3 元器件的选择18-20
- 3.2 硬件系统模块设计20-29
- 3.2.1 血氧探头结构及驱动模块21-22
- 3.2.2 脉搏波检测模块22-23
- 3.2.3 呼吸信号检测模块23
- 3.2.4 微处理器模块23-24
- 3.2.5 系统电源模块24-25
- 3.2.6 时钟模块25-26
- 3.2.7 存储模块26
- 3.2.8 人机接口模块26-27
- 3.2.9 USB通信接口模块27-28
- 3.2.10 其它模块28-29
- 3.3 硬件抗干扰措施29-30
- 3.3.1 降低时钟频率29
- 3.3.2 印刷板电路的抗干扰设计29-30
- 3.4 本章小结30-31
- 第四章 睡眠呼吸暂停低通气动态监测仪软件设计及信号处理31-50
- 4.1 概述31
- 4.2 单片机端软件设计31-45
- 4.2.1 系统软件流程图31-32
- 4.2.2 总体功能32-34
- 4.2.3 系统初始化模块34-37
- 4.2.4 模式选择模块37
- 4.2.5 硬件时分复用与逻辑控制37-38
- 4.2.6 脉搏波信号的处理与分析38-42
- 4.2.7 呼吸信号模块设计42
- 4.2.8 数据存储模块设计42-44
- 4.2.9 USB数据通信模块设计44-45
- 4.3 睡眠呼吸监护系统软件设计45-48
- 4.3.1 PC机端开发环境45-46
- 4.3.2 睡眠呼吸监护仪配套软件系统总体功能简要介绍46
- 4.3.3 系统操作流程图46-47
- 4.3.4 主要功能模块界面设计47-48
- 4.4 软件抗干扰措施48-49
- 4.4.1 看门狗技术48-49
- 4.4.2 数据采集通道的数据预筛选49
- 4.4.3 数字滤波器的设计49
- 4.5 本章小结49-50
- 第五章 系统调试与分析50-58
- 5.1 系统调试概述50
- 5.2 仪器硬件调试及分析50-52
- 5.2.1 系统电源模块的调试50-51
- 5.2.2 血氧探头驱动电路的调试51
- 5.2.3 电流/电压转换电路的调试51-52
- 5.3 仪器软件调试及分析52-53
- 5.3.1 液晶模块的调试52
- 5.3.2 数字滤波器中混合编程的调试52-53
- 5.3.3 数据前端采集模块的软件调试53
- 5.4 便携式睡眠呼吸暂停低通气监测系统测试和分析53-56
- 5.4.1 系统性能参数53
- 5.4.2 NELLCOR血氧探头驱动电路测试实验53-56
- 5.4.3 呼吸模块的测试56
- 5.5 血氧饱和度定标56-57
- 5.5.1 定标方法56-57
- 5.5.2 定标实验57
- 5.6 本章小结57-58
- 第六章 总结与展望58-60
- 6.1 主要工作成果58-59
- 6.2 后续工作展望59-60
- 参考文献60-64
- 攻读学位期间主要的研究成果64-65
- 致谢65-66
- 附录一 睡眠呼吸暂停低通气动态监测仪实物图66-67
- 附录二 睡眠呼吸暂停低通气动态监测仪模型图67
【参考文献】
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本文编号：139181
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