无线生理参数监测仪的研究与设计

摘要

无线监护能够减轻医护人员的工作负担，给予病患一定的活动自由，成为医疗领域发展的趋势。针对慢性疾病、术后康复等患者长期监护的需要，本单位研发了无线生理参数监护系统。无线测量仪及其网络是该系统的重要组成部分。现有测量模块存在几个问题：体积过大；缺乏硬件连接接口；缺乏通信规范，无法通信和控制。因此必须对测量部分重新设计。本文的目的是设计无线生理参数监测仪，并对它们进行组网。
　　本文选择 ZigBee作为无线通信的手段，并制定了跨网的路由机制，确定了无线测量网络的整体构架。根据血氧和血压的测量原理，结合文献和实验数据，确定了参数测量过程中的干扰类型，并设计了相应的信号处理算法。文中对处理算法进行了详细的探讨，并实现了算法快速处理过程。
　　无线测量节点由测量和通信两部分硬件组成。CC2530是整个节点的核心，负责网络的管理和通信以及测量单元的协调。该模块能及时响应测量模块的中断请求，将数据上传至服务器，同时能够解析系统下发的命令，控制测量模块的工作过程。通过网关路由的方式，实现了ZigBee和以太网的连接。
　　测量模块以PSOC29466为核心，辅助少量的外围设备构成最小的硬件设计。血氧测量实现了探头驱动、信号滤波、信号放大等过程，提出了实时的抗干扰算法，提高了血氧信号的信噪比，实现了快速的自动增益过程，保证了信号通道的稳定。经过形态滤波，自动增益和相干滤波等过程后，得到血氧和脉搏测量结果。将测量结果按BCI格式输出到CC2530，由CC2530负责数据的发送。
　　血压测量实现了硬件信号分离电路，并设计了变窗口长度的实时峰值提取过程和快速包络线逼近算法。结合变幅值系数法和波形特征法，提取出血压的测量数值，并发送给通信模块。
　　最后对血氧模块、血压模块和无线通信进行了验证，该端点能够正确的测量出血氧、血压、脉搏等生理参数，实现了网络通信过程。实验表明：无线模块具有稳定的自组网能力，良好的协调节点各个测量模块的工作状态，及时准确的收发数据。血氧模块能够很好的消除了抖动、基线干扰，具有很强的人体差异适应能力，血氧饱和度精度显示误差低于1％，脉率误差小于1次/min，满足了临床上精度的要求。血压模块能够精确的提取出振荡波曲线，测量结果平均值误差小于5mmHg，单次误差小于8mmHg，满足AAMI标准的要求。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2国内外的研究现状

1.3论文的主要内容与章节安排

第二章 系统总体结构

2.1 ZigBee网络

2.2无线测量网络总体结构

2.3无线测量端点的硬件设计

2.4无线测量端点的软件设计

2.5本章小结

第三章 血氧测量模块

3.1引言

3.2血氧测量基本原理

3.3血氧测量硬件构成

3.4血氧测量算法设计

3.5血氧测量软件设计

3.6本章小结

第四章 血压测量模块设计

4.1引言

4.2血压测量原理

4.3血压测量硬件设计

4.4血压测量算法设计

4.5血压测量软件设计

4.6本章小结

第五章 终端测量模块与网络通讯验证

5.1血氧模块测试验证

5.2血压模块测试验证

5.3系统测试及网络通信验证

5.4本章小结

第六章 总结

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文