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          濟寧華諾醫療器械有限公司

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          醫用吊橋編輯分析一種非接觸式呼吸暫停檢測與遠程監護裝置的設計

          2021-07-31 09:54

          睡眠呼吸暫停綜合征( Sleep Apnea Syndrome, SAS)是一種較為常見的睡眠障礙疾患,醫用吊橋編輯分析引起此類疾病的主要原因為上呼吸道阻塞,它具有較多的并發癥如高血壓、心律失常、心腦血管疾病及呼吸衰竭等疾病,此類疾病會造成患者睡眠缺陷,工作效率降低,記憶力及反應能力削減,從而導致意外事故發生率上升。呼吸暫停疾病嚴重危害人體健康,因此設計一種呼吸暫停檢測與遠程監護裝置極其必要?,F階段檢測SAS的主要方法大多采用約束式可穿戴設等檢測儀器對病人呼吸信號進行采集與分析。由PSG檢測所得結果需要通過人為分析及校正,醫用吊橋編輯分析此類方法需要較為昂貴的設備成本及人力消耗(2]。接觸式的檢測設備對病人產生約束反應,影響病人睡眠質量從而降低測試的準確性。也有使用生物雷達,結合藍牙近距離傳輸信息的方式(B),進行呼吸暫停的檢測。但由于藍牙的通信距離較短與抗干擾性較差,因此并不適用于遠程監護的醫護場景。為此,本文提出一種非接觸的呼吸暫停檢測和遠程監護裝置,醫用吊橋編輯分析采用生物雷達實時非接觸式的采集患者呼吸信號,通過LoRa技術進行實時的遠程的無線傳輸至醫護站,通過相應的數據處理及分析,對病人呼吸狀況進行實時的非接觸式遠程監護、呼吸暫停預警以及呼吸狀況記錄,可提高醫護救治的效率,檢測患者睡眠狀況等功能。醫用吊塔分析系統前端采用生物雷達傳感器采集病人呼吸信號,經過STM32單片機以50ms/次(頻率20Hz)對被試者呼吸信號進行AD轉換,使用LoRa模塊將轉換后的數字信號進行遠距離實時的無線傳輸41。在接收端采用SerialChart上位機對數字信號進行實時的處理還原為呼吸信號,以便于醫護人員實時遠程查看病人的呼吸狀況,通過單片機對病人暫停次數、暫停持續時間進行記錄。當患者出現長時間呼吸異常的狀況時,醫用吊塔分析單片機會啟動蜂鳴器進行呼吸異常報警,及時通知醫護人員進行查看。呼吸暫停報警設計主要包括:呼吸數值處理方案設計與單片機觸發蜂鳴器程序設計:①通過計算一個周期內呼吸信號數值(BR)的極差(BN),得到區分呼吸暫停與正常呼吸的數值標準(BS);②由STM32單片機對BR進行周期性的存儲及BN的計算,當病人處于正常呼吸階段時,對其呼吸數據進行記錄存儲;③醫用吊塔分析設計短時間呼吸異常數據存儲,降低環境干擾,提升檢測準確率。當病人長時間呼吸異常時觸發蜂鳴器進行及時報警操作,系統流程。正常人呼吸時的胸腔會對雷達傳感器發射出來的微波進行反射產生回波信號。將采集到的回波信號經過放大與濾波即可得到較為理想的波形,通過觀察這個波形可以觀察患者的呼吸狀況101生物雷達傳感器的感知能力極其靈敏,水平角度感知范圍:+40垂直角度:+16°可采用電池供電,體積小、功耗低。本次設計采用的LoRa芯片型號為SX1278,吊橋編輯分通過AT指令的配置將LoRa模塊配置為透明傳輸的工作模式[12:13),即發送端與接收端的信息完全相同,需要將LoRa模塊接收端與發送端配置為相同的通信地址、信道與速率。LoRa配置流程。當模塊配置成功后,LoRa模塊配置成功后藍色的LED燈會閃爍兩次然后滅掉1415],串口會將配置信息和傳感器初始化信息打印出來。吊橋編輯分硬件電路設計,STM32F103C8T6,它是一款基于ARM Cortex-M內核STM32系列的32位的微控制器,程序存儲器容量是64kb,芯片集成定時器Timer,CAN,ADC,SPI,I2C,USB,UART等內部資源和外設接口17.s。使用開發工具KEIL實現C編程并下載至單片機主控模塊回,完成將生物雷達采集到的模擬呼吸信號經片內AD轉換為數字信號、LoRa模塊的配置、呼吸信號的遠程傳輸、呼吸數據處理判斷、吊橋編輯分呼吸暫停報警等功能。2.2生物雷達生物雷達的基本原理是:發射不對稱的寬波束信號,3.1數據可視化設計在使用傳感器進行硬件開發的過程中,需要對大量的數據進行處理,通過串口調試助手難以發現這些數據的特征,使用特定的數據處理軟件或程序,將這些數據實時地繪制為可視化的波形圖時,吊塔分析通過觀察波形圖走勢的變化,問題得到了很好的解決。串口數據可視化的方法有很多,如:①調用Python的 yecharts、matploti 等工具庫,實現大量串口數據波形顯示的效果:②使用可自主設計的編程工具LabVIEWIl,調用串口數據進行處理實現串口數據可視化的目的;③吊塔分析使用可自定義編程的串口數據可視化工具SeriaChart.本系統通過配置SerialChart軟件,自定義了端口號、波特率、接收數據的大小范圍。對波形顯示通道、波形顏色、波形窗口背景顏色進行了合理的設計。成功地將患者呼吸數據實時的繪制為可視化的波形圖,較好地反映了患者呼吸狀況,可以有效地提高醫護人員的監測效率。由生物雷達采集的人體呼吸信號經過STM32單片機進行A/D轉換后得到呼吸信號的數字信號.將ADC轉換值進行公式: BR=LSB*(ADC_ConvertedValue)/0.033 的計算,吊塔分析得到一組數值在0~100范圍內的呼吸數據BR。通過軟件SerialChart將數據實時的繪制為波形圖便于觀察患者呼吸信號的變化狀況。設計多組模擬呼吸暫停的對比實驗,觀察呼吸波形圖,得到這一結論:正常人體呼吸波形較為規律(圖5),而呼 吸暫停的波形是較為平穩的。從而通過波形圖的變化,實現遠距離、非接觸式、實時地監測患者呼吸狀況。設計對照實驗,實驗組分為4組:吸氣后呼吸暫停、吊塔廠家編輯呼氣后呼吸暫停分別兩組模擬實驗,對照組分為4組:淺乎吸、緩慢呼吸、急促呼吸、深呼吸。模擬不同人群的呼吸狀態,增加實驗可靠性。全面分析呼吸暫停與正常呼吸 的差異,記錄不同類型正常呼吸與呼吸暫停的-個周期內 的呼吸數值BR,從集中趨勢、離中趨勢等方面進行分析。分別計算多組實驗呼吸數值(BR)的平均值與標準偏差,從表2數據處理結果可以得出結論:呼吸暫停的呼吸數據的標準偏差是低于30的,而這與正常呼吸的對比并不是很明顯。吊塔廠家編輯由于生物雷達檢測人體呼吸信號是通過雷達檢測人體呼吸時胸腔產生的震動,不同人群的呼吸習慣又是不盡相同的,從而使得通過使用上述方法區分正常呼吸與呼吸暫停的效果并不是很理想。由上述實驗得到如下啟發:在單個周期中,正常呼吸組的極差總是遠大于呼吸暫停組的極差,由此得到區分正常呼吸與呼吸暫停的閾值BS。吊塔廠家編輯編寫單片機程序將呼吸數據周期性地存人數組中進行最大值與最小值差值BN的計算,當這一數值小于BS時,記錄呼吸暫停次數、每次暫停持續時間。當患者長時間呼吸異常時觸發蜂鳴器進行緊急報警,提示醫護人員及時查看病人狀況。本系統遠程監護患者的方法為觀察醫護站接收到的呼吸信號實時波形圖,當患者出現較長時間呼吸暫停時系統會使用蜂鳴器報警,提示醫護人員及時查看。經多次試驗得出結論:濟寧華諾醫療器械編輯分析較為規律部分的波形為檢測到人體正常呼吸信號,較為平緩且雜亂的波形為檢測到人體呼吸暫停的信號。將生物雷達模塊放置人體胸腔前1m的位置進行檢測,逐次增加0.5m。經測試,生物雷達檢測人體呼吸信號的有效距離可達2m以上。

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