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四线涡轮式慢阻肺健康监护系统研究

赵荣建 周旺 汤敏芳 陈贤祥 杜利东 赵湛 杨汀 詹庆元 方震

赵荣建, 周旺, 汤敏芳, 陈贤祥, 杜利东, 赵湛, 杨汀, 詹庆元, 方震. 四线涡轮式慢阻肺健康监护系统研究[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(2): 469-476. doi: 10.11999/JEIT180315
引用本文: 赵荣建, 周旺, 汤敏芳, 陈贤祥, 杜利东, 赵湛, 杨汀, 詹庆元, 方震. 四线涡轮式慢阻肺健康监护系统研究[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(2): 469-476. doi: 10.11999/JEIT180315
Rongjian ZHAO, Wang ZHOU, Minfang TANG, Xianxiang CHEN, Lidong DU, Zhan ZHAO, Ting YANF, Qingyuan ZHAN, Zhen FANG. Research of Chronic Obstructive Pulmonary Disease Monitoring System Based on Four-line Turbine-type[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(2): 469-476. doi: 10.11999/JEIT180315
Citation: Rongjian ZHAO, Wang ZHOU, Minfang TANG, Xianxiang CHEN, Lidong DU, Zhan ZHAO, Ting YANF, Qingyuan ZHAN, Zhen FANG. Research of Chronic Obstructive Pulmonary Disease Monitoring System Based on Four-line Turbine-type[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(2): 469-476. doi: 10.11999/JEIT180315

四线涡轮式慢阻肺健康监护系统研究

doi: 10.11999/JEIT180315
基金项目: 北京市自然科学基金(Z16003),国家重点研发计划(2016YFC1304302)
详细信息
    作者简介:

    赵荣建:男,1985年生,博士生,研究方向为生命信息感知技术

    周旺:男,1992年生,硕士生,研究方向为可穿戴式医疗检测技术

    汤敏芳:女,1996年生,博士生,研究方向为可穿戴式医疗检测技术

    陈贤祥:男,1979年生,副研究员,硕士生导师,研究方向为可穿戴式医疗检测技术

    杜利东:男,1981年生,助理研究员,研究方向为微纳制造技术

    赵湛:男,1958年生,研究员,博士生导师,研究方向为微纳制造技术、无线传感器网络、生命信息感知与计算

    杨汀:女,1968年生,主任医师,博士生导师,研究方向为呼吸与危重症医学

    詹庆元:男,1970年生,主任医师,博士生导师,研究方向为呼吸与危重症医学

    方震:男,1976年生,研究员,博士生导师,研究方向为可穿戴式医疗检测技术

    通讯作者:

    方震 zfang@mail.ie.ac.cn

  • 中图分类号: TP389.1; Q819

Research of Chronic Obstructive Pulmonary Disease Monitoring System Based on Four-line Turbine-type

Funds: The Key Project of Beijing Municipal Natural Science Foundation (Z16003), The National Key Research and Development Project (2016YFC1304302)
  • 摘要:

    针对传统涡轮式肺活量计存在检测精度不高、可靠性差的问题,该文提出一种新颖的四线涡轮式检测方法,研制了一款高精度、高可靠性的慢阻肺监护系统。在硬件上,根据四线涡轮式检测方法设计了四线式呼气采集电路,提高了光路接收分辨率,并通过合理的元器件布置,减少了发光-光敏二极管相互间串扰,提高了系统的可靠性;在软件上,采用线性回归算法对其脉冲计数与分析得到用力肺活量、峰值流速等早期筛查与诊断指标。该系统利用标准Fluke气流分析仪的进行了数据标定,与传统医用涡轮式肺功能仪测试对比:用力肺活量平均相对误差由1.98%降低至1.47%;峰值流速平均相对误差由2.04%降低至1.02%。实验表明,四线涡轮式慢阻肺监护系统的呼气指标比传统慢阻肺系统检测精度更高,可靠性更好,适用于慢阻肺疾病的早期筛查与精准诊断,结合血氧饱和度、呼气末二氧化碳等指标,能实现对慢阻肺患者的医疗监护,特别对于中度和重度慢阻肺患者能起到预警和控制病情的作用。

  • 图  1  呼气信号采集原理图

    图  2  系统结构框图

    图  3  采用传统方法与四线式方法二极管分布示意图

    图  4  四线式方法二极管光路分布示意图

    图  5  呼气信号采集电路图

    图  6  在不同转速下呼气信号采集的波形图

    图  7  原型机照片

    图  8  FVC测量相关系数图和测量Bland–Altman图

    图  9  PEF测量相关系数图和测量Bland–Altman图

    图  10  四线涡轮式检测方法与二线涡轮式检测方法误差对比图

    图  11  四线涡轮式慢阻肺设备与医用慢阻肺设备误差对比

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-03
  • 修回日期:  2018-08-14
  • 网络出版日期:  2018-09-13
  • 刊出日期:  2019-02-01

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