便携式哮喘检测系统的分析研究.pdf

Study of a Portable Asthma Monitor System A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Master’s Degree of Engineering By Liang Hengpo Supervised by Prof. Chen Ji Specialty: Biomedical Engineering College of Bioengineering of Chongqing University, Chongqing, China April, 2013 中文摘要 摘 要 支气管哮喘是危害人类健康的常见疾病，它的发病率正在逐年提高，尤其是 儿童患者，但尚无有效的根治方法。许多研究表明规范化的诊断和治疗，特别是 长期管理可以提高哮喘的控制水平，使患者症状得以缓解、发作得以预防。肺功 能检测中的一秒呼气量和呼气峰流速是支气管哮喘诊断、检测的重要指标。世界 卫生组织制定的《全球哮喘防治创议》和我国的《支气管哮喘防治指南》均将PEF 作为哮喘急性发作期和非急性发作期病情严重程度分级和判断的一项重要指标。 峰值流速测定可作为一个早期预警系统，因为哮喘病人正常峰流速值的改变， 可能在哮喘症状被感觉到前几小时甚至前几天即已出现。通过测定峰流速能够使 哮喘患者有足够的时间采取措施，将哮喘发作控制在初期。美国胸科协会将峰流 速值划分为三个区域：绿区、黄区、红区，医生可以依据三种区域划分为哮喘患 者制订哮喘管理计划。现有的家用机械式峰流速仪价格便宜，但测试指标单一、 灵敏性差。本文主要是针对现有的机械式峰流速仪的不足和哮喘病人医院肺功能 检查费用昂贵、不方便的特点，结合现有标准中对哮喘的分区管理设计了一种便 携式的家用电子哮喘检测系统，能够实现对哮喘患者呼气峰流速 （PEF ）和一秒呼 气量 （FEV1 ）的快速测量。所研制仪器造价低，操作简单；通过TFT 彩屏数字显 示测试结果；可自设预计值或个人最佳值，红、黄、绿三种颜色指示区域，具有 图像和声光报警功能。通过记录哮喘日记，掌握哮喘发作规律，优化药物治疗， 减少发作的次数，这对于哮喘的治疗和预防来说意义重大。 基于对哮喘的分区管理，本文设计并研制了基于改进型文氏管的便携式哮喘 检测系统。整个检测系统由文丘里流量传感器、压差传感器、信号调理模块、TFT 显示模块、USB 接口模块、时钟电路模块和微控制器等组成。TFT 彩屏显示最终 计算数值和测得数据所在的分区，当处于警告区时进行相应的声、光报警提示， 以此指导患者用药和就医。系统中呼气流量传感器为自行设计的改进型文氏管流 量传感器；A/D 转换模块采用微控制器自带的 10 位A/D 转换器，最大限度降低仪 器设计成本；显示模块采用的是分辨率为128×160 的TFT 彩屏，采用8 位数据线 接口方式，可显示呼气流速、呼气容量与时间三者之间的关系曲线；整个系统可 以采用电池或USB 接口进行供电，方便患者在家使用；通过U 盘可实现对测量数 据的大容量存储，保存每天测试数据和测量日期，自动记录哮喘日志，对以后医 生分析患者当天呼气状况有重要参考作用。设计了基于Visual C++ 的哮喘检测仪数 据管理系统。利用哮喘检测仪数据管理软件，对检测的数据进行统计、变化趋势 分析及打印输出；同时可以通过Internet 把电子打印表进行直接传输，方便医生对 I 重庆大学硕士学位论文 患者检测结果的实时了解。 本文对所设计的呼气传感器进行了标定，对各单元模块进行了调试，在保证 各模块功能实现的基础上完成了整个样机的测试。通过对比实验，表明所研制仪 器操作简单，具有一定的稳定性，可以实现对呼气峰流速和第一秒呼气量的快速 测量、能够自动记录哮喘日志，克服了传统机械式峰流速