【摘要】：隨著年齡的增長,人的身體機能在步入中年之后開始不斷下降,罹患各種疾病的概率大幅增加。加之很多人飲食結構不健康,中老年人已經成為心血管疾病的高發(fā)人群,他們對于一些異常的環(huán)境往往更加敏感。機艙是一種典型的低氣壓環(huán)境,對機艙乘客進行心血管功能相關的生理參數監(jiān)測具有非常大的現實意義�，F有的可穿戴式的生理參數監(jiān)測設備的監(jiān)測方式往往是短時的、分散的、不成系統(tǒng)的,不適合在飛行過程中進行長時間的持續(xù)監(jiān)測,而且大部分設備所采用的鋰電池供電方案不符合航空安全規(guī)范。本文基于光電容積脈搏波(Photoplethysmography,PPG),研究并設計了一套適用在機艙環(huán)境下對批量乘客進行群體生理參數監(jiān)測的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有可靠、快速地收集、保存和分析原始數據,并將檢測結果及時反饋給用戶的功能。開展對該系統(tǒng)的研究不僅可以預防因氣壓降低或呼吸暫停而造成供氧不足情況的發(fā)生,收集到的健康大數據還可以為乘客的心臟健康狀況提供檢測依據,為在特殊環(huán)境下的心血管疾病的檢測與預防提供數據來源。研究并開發(fā)了一套適合飛機座艙環(huán)境的人體生理參數監(jiān)測設備。該設備以護頸枕為載體,使用660nm紅光和940nm紅外光作為光源的耳夾式血氧探頭從乘客耳垂處采集光電容積脈搏波信號,并對電源和相關硬件進行合理布局,在符合航空規(guī)范的前提下方便乘客佩戴和使用。該監(jiān)測設備使用過采樣技術來提高模數轉換器(Analog-toDigital Converter,ADC)的精度,并且直接將ADC的采樣值進行累加保存為完整的原始采樣信號而不必求平均值,這樣既減少了計算量,又不會損失采樣精度。研究并開發(fā)了一套基于云服務器的生理參數存儲、分析和反饋系統(tǒng)。采用雙路上傳數據機制允許服務器接收并存儲移動終端或監(jiān)測設備所傳遞的原始監(jiān)測數據,解決了對原始數據所提出的完整性和時效性的需求。設計了一套從原始監(jiān)測數據中提取人體生理參數的高效算法,所提取的參數包括心率、心率變異性、呼吸率以及血氧飽和度。利用兩種光源的PPG信號之差計算除血氧飽和度之外的其它生理參數,這樣能有效地抑制運動干擾,并保留了提取呼吸信號時所需的呼吸漂移信息。通過雙光源PPG信號的平均高度之比計算出血氧飽和度,可使計算結果更穩(wěn)定。最后將分析所得到的各項生理參數以檢測報告的形式反饋給終端用戶。該檢測報告由一套完整的健康狀況評價機制生成,可實現單個用戶的健康狀況追蹤以及不同用戶之間的健康狀況對比。研究并開發(fā)了配套的移動終端應用系統(tǒng)。該應用可以通過用戶的移動終端利用藍牙技術與監(jiān)測設備進行通訊,實現控制監(jiān)測設備的工作狀態(tài)、實時觀看監(jiān)測數據和保存原始監(jiān)測數據等功能。還可通過網絡與云端服務器通訊,實現用戶注冊、原始監(jiān)測數據上傳、查看歷史記錄、下載檢測報告和重現監(jiān)測過程等功能。制定一套監(jiān)測設備與移動終端及云服務器三者之間的通訊解決方案。其中,采用藍牙通訊協(xié)議實現監(jiān)測設備與移動終端之間通訊及數據交換。通過分析狹小環(huán)境中多個設備藍牙同時開啟時不易查找所要連接設備的問題,提出了使用終端應用掃描監(jiān)測設備的藍牙MAC地址所對應的二維碼進行連接的解lz方案。采用無線局域網協(xié)議實現云服務器和終端設備之間、監(jiān)測設備和云服務器之間的通訊和數據交換。經過實驗驗證,該監(jiān)測系統(tǒng)可以可靠地上傳數據、快速地進行分析并反饋檢測報告,所檢測的用戶心率和血氧飽和度數據準確可靠,所制定的健康狀況評價機制可以有效地反映出用戶生理參數的變化情況。
【圖文】：

圖 2.3 手指和耳垂處的 PPG 信號對比環(huán)境溫度為 20℃時采集到的手指與耳垂的 PPG 信號如圖 2.3 所示，從信號質量上看，手指部位 PPG 信號形態(tài)較好，耳垂處基本都是一些比較小的毛細血管，PPG 信號稍差，PI 值與其他部位相比要低，在劇烈運動時不適宜作為測量部位[57]。雖然耳垂部位的 PPG 信號細節(jié)不如手指，但信號邊界仍然清晰，對于以信號周期為依據進行計算的生理參數不會造成影響，耳朵部位 PI 較低的問題還可以通過硬件設計和軟件算法進一步改進。多名學者的研究[58-61]都證實了在耳垂、耳根等部位采集 PGG 信號的可行性。很多旅客乘坐飛機時都喜歡佩戴一個對頭部和頸部有一定支撐作用的護頸枕，那么，將監(jiān)測設備的硬件封裝在護頸枕中，只需在護頸枕外部留出 15 厘米左右的線材連接耳夾式血氧探頭即可進行乘客的 PPG 信號采集。并且護頸枕的體積足夠大，完全可以容納干電池以及硬件系統(tǒng)主體。乘客在乘坐飛機時，只需佩戴上護頸枕，，將血氧

比的過采樣技術。統(tǒng)的過采樣技術情況下，要采集到有效的信號，信噪比需要滿足一定的要求。但是域，心電信號、心沖擊信號、腦電信號、光電容積脈搏波信號等往，這里的微弱信號包含兩種含義。一種是指信號本身的強度非常弱號本身的基礎值并不弱，但它在一定時間內的波動非常小。在人體的 PPG 信號屬于信號波動非常小的情況。對于微弱信號，可以對之后再進行采集或是直接選用高分辨率的 ADC 直接進行采樣。高然可以得到更好的效果，但其成本也更高，而且在參考電壓相同的情 ADC 對于噪聲也更加敏感。在設計可穿戴類設備時，成本、功耗款 ADC 是否合適的綜合因素來考慮，因此第一種做法更為常見。電路不過于復雜、龐大，可以使用過采樣技術對信號進行優(yōu)化。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V244;TP311.56

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 H.Van de Sype;胡清華;;GT1膠乳生理參數的季節(jié)性變化[J];熱帶作物譯叢;1987年02期

2 郭亞鋼,何長貴;橡膠樹冬割膠乳的某些生理參數[J];云南熱作科技;1988年03期

3 朱凌云;李連杰;孟春艷;;遠程多生理參數實時監(jiān)測云服務平臺的構建與分析[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2014年06期

4 張建福,奚松林,祁友鍵,蔣信偉,劉凝慧;60—69歲健康老年人肺功能生理參數的調查[J];徐州醫(yī)學院學報;1984年02期

5 劉金華;;生理參數傳輸儀的臨床使用與研究[J];世界最新醫(yī)學信息文摘;2016年40期

6 王楊科,毛治彥,李麗霞;黃鱔血液生理參數的研究[J];氨基酸和生物資源;2002年01期

7 杜迥;王延斌;于春玲;牟樹理;徐春玲;;哈爾濱市60歲以上健康老人幾項生理參數的調查報告[J];哈爾濱醫(yī)藥;1983年01期

8 言萊菁;陶艷君;姚志蘭;董桂芝;張亞設;;超聲檢查對老年人肝脾生理參數的調查分析[J];哈爾濱醫(yī)藥;1983年01期

9 袁清;嚴謙捷;史杰函;鐘遠志;周東訪;向誠;;多功能人體多生理參數遠程監(jiān)護儀[J];物聯網技術;2018年04期

10 李偉;吳效明;;基于藍牙技術的嵌入式多生理參數監(jiān)護儀[J];微計算機信息;2006年02期

相關會議論文 前10條

1 呂亞帥;張永芳;王晶鑫;王悠苒;王桌培;;多生理參數智能穿戴網絡化的設計與實現[A];物聯網與無線通信-2017年全國物聯網技術與應用大會和2017年全國無線電應用與管理學術會議論文集[C];2017年

2 王勝軍;楊紹洲;劉曼芳;;用LabVIEW實現多生理參數無線接收的界面[A];中華醫(yī)學會醫(yī)學工程學分會第八次學術年會暨《醫(yī)療設備信息》創(chuàng)刊20周年慶祝會論文集[C];2006年

3 趙德春;彭承琳;康建毅;;無線生理參數采集系統(tǒng)中通信模塊的設計與實現[A];2007'中國儀器儀表與測控技術交流大會論文集（二）[C];2007年

4 魏寧;王金海;;基于Android平臺的多生理參數檢測系統(tǒng)研究與設計[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十四屆學術年會論文集[C];2014年

5 劉雪潔;鐘小麗;;改進的頭相關傳輸函數生理參數匹配法[A];中國聲學學會第十屆青年學術會議論文集[C];2013年

6 郭玉潔;劉凱月;劉冬云;;干旱脅迫下地榆葉片的電阻抗圖譜參數與生理參數的關系[A];中國觀賞園藝研究進展2017[C];2017年

7 吳銳興;余光正;;基于3D掃描圖像的耳廓生理尺寸參數測量[A];2016年全國聲學學術會議論文集[C];2016年

8 王曙光;曾向陽;;結合生理參數選擇和數據庫匹配的HRTF個人化方法[A];2009年西安-上海聲學學術會議論文集[C];2009年

9 郭蓮英;陳勝功;景韶光;;體育運動生理參數及數據采集[A];2006年全國體育儀器器材與體育系統(tǒng)仿真學術報告會論文集[C];2006年

10 魏越;王金海;;基于WiFi的多生理參數無線監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十三屆學術年會論文集[C];2013年

相關博士學位論文 前10條

1 程寧;機艙環(huán)境下的群體生理參數監(jiān)測技術研究[D];華中科技大學;2019年

2 范強;心血管生理參數非接觸式檢測關鍵技術研究[D];武漢大學;2017年

3 李皙茹;基于光電容積描記法的人體生理參數動態(tài)測量技術研究[D];中國科學技術大學;2017年

4 潘黎;基于人體生理參數的清醒和睡眠狀態(tài)的熱舒適研究[D];上海交通大學;2012年

5 季雷;光輻射對生物體影響的關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2015年

6 吳啟俠;澇漬脅迫下麥棉的高光譜特征、生長代謝及排水指標研究[D];長江大學;2016年

7 孔令琴;非接觸式生理信號檢測關鍵技術研究[D];北京理工大學;2014年

8 郭維;穿戴式人體生理參數監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現[D];吉林大學;2012年

9 閆勇剛;基于視頻圖像和信號加權的皮膚光學特性測量方法研究[D];天津大學;2016年

10 秦占飛;西北地區(qū)水稻長勢遙感監(jiān)測研究[D];西北農林科技大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 王大任;人體多生理參數監(jiān)測系統(tǒng)研制[D];吉林大學;2019年

2 時局;便攜式多生理參數實時監(jiān)測系統(tǒng)設計[D];大連交通大學;2016年

3 王光明;無線可延展生理參數監(jiān)控貼片系統(tǒng)研發(fā)[D];浙江大學;2019年

4 吳銳興;生理參數測量與個性化頭相關傳輸函數定制[D];華南理工大學;2018年

5 趙彥峰;手持式多生理參數采集系統(tǒng)的研究與設計[D];天津工業(yè)大學;2018年

6 馬良;基于普通攝像頭的非接觸式生理參數檢測技術研究[D];山東大學;2017年

7 于夢浩;基于多生理參數的人體疲勞動態(tài)檢測研究[D];江蘇大學;2017年

8 鄧為賢;可穿戴多生理參數監(jiān)測的數據處理平臺設計與算法研究[D];天津大學;2017年

9 李連杰;多生理參數實時數據流集群監(jiān)測方法研究[D];重慶理工大學;2014年

10 丁丹;基于移動平臺的生理參數監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];電子科技大學;2017年

本文編號：2660661