皮膚血流測量對皮膚微循環(huán)功能評價(jià)及血流灌注監(jiān)測具有重要意義。目前,測量皮膚血流的主要方法為激光多普勒法,但該測量方法對人體運(yùn)動(dòng)敏感,容易產(chǎn)生偽跡,并且激光多普勒血流儀體積較大,難以實(shí)現(xiàn)便攜式測量。本文主要設(shè)計(jì)一種微型化、操作簡單、測量結(jié)果不受運(yùn)動(dòng)影響的皮膚血流檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用微型加熱器陣列對皮膚加熱,數(shù)秒后測量皮膚溫度,根據(jù)生物組織導(dǎo)熱模型計(jì)算皮膚的導(dǎo)熱系數(shù),然后用中央加熱器對皮膚加熱,測量皮膚血流變化引起的皮膚溫度變化,采用基于小波變換的方法評估皮膚的血流量。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括:用低功耗的STM32F103RDT6作為主控芯片,設(shè)計(jì)多通道恒流源電路、加熱電路、多通道溫度采集電路、信號調(diào)理電路、顯示模塊及串口通訊模塊等。軟件設(shè)計(jì)以Keil V5為開發(fā)平臺,編寫了加熱,溫度采集,顯示及串口通訊等模塊的程序。皮膚血流量的估計(jì)算法分為兩步:在MATLAB中首先通過數(shù)值求解半無限大非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析模型計(jì)算皮膚的導(dǎo)熱系數(shù),然后對皮膚血流變化對應(yīng)的溫度信號進(jìn)行連續(xù)小波變換,對小波系數(shù)的幅值和相位進(jìn)行補(bǔ)償,并對補(bǔ)償之后的小波系數(shù)進(jìn)行小波逆變換得到時(shí)域中的血流信號。為了驗(yàn)證上述算法,采用激光多普勒血流儀測量多組溫度信號和血流信號,使用皮膚血流估計(jì)算法對溫度信號進(jìn)行分析并將結(jié)果與血流信號比對,結(jié)果表明這一算法有效。使用本文設(shè)計(jì)的皮膚血流檢測系統(tǒng)和激光多普勒血流儀同時(shí)測量人體上臂的皮膚血流信號,結(jié)果表明,本系統(tǒng)測量的血流信號與激光多普勒測量的信號趨勢相同,這表明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是合理的。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH776
【部分圖文】：

得到的溫度數(shù)值在ＬＣＤ屏上顯示出來，并通過串口通信模塊上傳到上位機(jī)。逡逑２．３系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)逡逑軟件系統(tǒng)主要是控制硬件完成相應(yīng)的功能。圖２．２為皮膚血流檢測系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計(jì)逡逑框圖。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)都是基于此框圖設(shè)計(jì)的。逡逑８逡逑

Ｋ邐（＾ｐｓｒｗ＾ｎ逡逑電源模塊二＝＾邐——逡逑圖２．１皮膚血流檢測系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖逡逑加熱模塊分為兩個(gè)加熱部分。第一部分是由組織加熱器對皮膚組織進(jìn)行短時(shí)加熱后停止逡逑加熱，溫度傳感器測量皮膚組織的溫度變化情況，結(jié)合短時(shí)加熱冷卻算法模型分析即可得到逡逑皮膚組織的導(dǎo)熱系數(shù)。第二部分是由中央加熱器對皮下血管進(jìn)行加熱。由于在靜息狀態(tài)下，逡逑血流振蕩信號從皮下血管傳到皮膚表面是造成的溫度振蕩很微弱，精確測量這一溫度信號較逡逑為困難。因此需要對皮下血管進(jìn)行加熱，增大血流信號的振蕩幅度。這樣會增強(qiáng)皮膚表面溫逡逑度信號的強(qiáng)度，從而使溫度傳感器更容易測量到皮膚表面的溫度數(shù)據(jù)。逡逑測溫模塊也分為兩部分。第一部分是測量短時(shí)加熱后皮膚組織溫度變化的測溫模塊。設(shè)逡逑計(jì)陣列式溫度傳感器模塊，通過對８個(gè)點(diǎn)的皮膚組織溫度變化量進(jìn)行測量，使用傳熱學(xué)的相逡逑關(guān)模型分析，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的皮膚組織特特性參數(shù)，將８個(gè)測量點(diǎn)處測量得到的組織熱特性逡逑參數(shù)值取平均值作為目標(biāo)點(diǎn)皮膚組織的熱特性值。第二部分是測量由血流振蕩引起的體表溫逡逑度變化值。使用皮膚血流估計(jì)算法對測量得到的溫度信號進(jìn)行分析即可得到測量點(diǎn)處的皮膚逡逑血流量。逡逑其他電路模塊主要由顯示模塊、按鍵模塊、控制模塊、串口通信模塊以及電源模塊組成。逡逑通過按鍵切換加熱模塊對不同的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行加熱及溫度測量。單片機(jī)可以將溫度傳感器測量逡逑得到的溫度數(shù)值在ＬＣＤ屏上顯示出來

頻分量信號，在時(shí)頻中對信號進(jìn)行修改。連續(xù)小波變換具有良好的時(shí)頻分析能力，可以使用逡逑連續(xù)小波變換將測量得到的時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為時(shí)頻分量信號，而連續(xù)小波逆變換可以將修改后逡逑的時(shí)頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)域中的信號。由溫度信號Ｔ（ｔ）得到血流信號ＢＦ（ｔ）的變換過程如圖２．３算逡逑法流程圖所示：逡逑Ｔ（ｔ）邋ｋ］邐溫度時(shí)頻分量邐｜使用幅值衰減逡逑１邐ｑ連續(xù)小波變換Ｉ—ｆ信號邐１方程修改幅值ｐ￣逡逑．ＢＦ（ｔ）邋｜邐NＪ修改的溫度時(shí)｜邐｜使用相位延遲｜逡逑Ｉ逆�。Рㄗ儞Qｐ—｜邐＾分量ｐ￣￣｜方程修改相位ｔ逡逑圖２．３皮膚血流估計(jì)算法流程圖逡逑２．５本章小結(jié)逡逑本章首先介紹了皮膚血流檢測系統(tǒng)的測量原理，并根據(jù)這一原理明確了檢測儀器需要測逡逑量到的信號。硬件總體設(shè)計(jì)中主要介紹了實(shí)現(xiàn)信號測量需要的用到的各個(gè)模塊，并介紹了系逡逑統(tǒng)硬件測量的工作流程。軟件總體設(shè)計(jì)中主要介紹了系統(tǒng)正常運(yùn)行需要用到的各軟件模塊。逡逑最后從理論上介紹了皮膚血流信號與溫度信號的相關(guān)性以及皮膚血流估計(jì)算法的原理及算逡逑法流程。使人更容易理解系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)逡逑１０逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2814859