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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

  • ALLINSON J P, HARDY R, DONALDSON G C, et al. Combined impact of smoking and early-life exposures on adult lung function trajectories[J]. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2017, 196(8): 1021–1030. doi: 10.1164/rccm.201703-0506OC
    VOGELMEIER C F, CRINER G J, MARTINEZ F J, et al. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive lung disease 2017 report: GOLD executive summary[J]. American Journal of Respiratory & Critical Care Medicine, 2017, 195(5): 557–582. doi: 10.1183/13993003.00214-2017
    ROBERTS S D, FARBER M O, KNOX K S, et al. FEV1/FVC ratio of 70% misclassifies patients with obstruction at the extremes of age[J]. Chest, 2006, 130(1): 200–206. doi: 10.1378/chest.130.1.200
    BAKER E and FATOYE F. Clinical and cost effectiveness of nurse-led self-management interventions for patients with COPD in primary care: A systematic review[J]. International Journal of Nursing Studies, 2017, 71: 125–138. doi: 10.1016/j.ijnurstu.2017.03.010
    LI Yi, FENG Jing, LI Yuechuan, et al. A new pulmonary rehabilitation maintenance strategy through home-visiting and phone contact in COPD[J]. Dove Press journal, 2018, 12: 97–104. doi: 10.2147/PPA.S150679
    顾宇, 叶寒生, 冯超, 等. 一种恒功率热式气体流量计温度补偿实现[J]. 仪表技术与传感器, 2015(10): 38–39. doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2015.10.012

    GU Yu, YE Hansheng, FENG Chao, et al. Temperature compensation for constant power thermal gas flowmeter[J]. Instrument Technique and Sensor, 2015(10): 38–39. doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2015.10.012
    FANG Lide, WANG Xiaojie, et al. Wet gas over-reading characteristic research of inside and outside tube differential pressure flowmeter[J]. Applied Mechanics & Materials, 2013(241-244): 168–171. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.241-244.168
    PILLOW J J, LJUNGBERG H, HÜLSKAMP G, et al. Functional residual capacity measurements in healthy infants: Ultrasonic flow meter versus a mass spectrometer[J]. European Respiratory Journal, 2004, 23(5): 763–771. doi: 10.1183/09031936.04.00091504
    贾天震, 杨汀, 魏建磊, 等. 新型涡轮便携式肺功能仪的研制与开发[J]. 电子技术应用, 2017, 43(11): 62–65. doi: 10.16157/j.issn.0258-7998.171411

    JIA Tianzhen, YANG Ting, WEI Jianlei, et al. The research and development of a novel portable turbine pulmonary function meter[J]. Application of Electronic Technique, 2017, 43(11): 62–65. doi: 10.16157/j.issn.0258-7998.171411
    何子军. 呼气信号分析方法及其在肺功能检查中的应用研究[D]. [博士论文], 中国科学技术大学, 2014: 17–22.

    HE Zijun. The method for analyzing expiratory signals and its application in pulmonary function testing[D]. [Ph.D. dissertation], University of Science and Technology of China, 2014: 17–22.
    CLARKE M, GOKALP H, FURSSE J, et al. Dynamic threshold analysis of daily oxygen saturation for improved management of COPD patients[J]. IEEE Journal of Biomedical & Health Informatics, 2015, 20(5): 1352–1360. doi: 10.1109/JBHI.2015.2464275
    韩庆阳, 王晓东, 李丙玉, 等. EEMD在同时消除脉搏血氧检测中脉搏波信号高频噪声和基线漂移中的应用[J]. 电子与信息学报, 2015, 37(6): 1384–1388. doi: 10.11999/JEIT141390

    HAN Qingyang, WANG Xiaodong, LI Bingyu, et al. Using EEMD to eliminate high frequency noise and baseline drift in pulse blood-oximetry measurement simultaneously[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2015, 37(6): 1384–1388. doi: 10.11999/JEIT141390
    VERONEZ L, PEREIRA M C, da SILVA S, et al. Volumetric capnography for the evaluation of chronic airways diseases[J]. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease, 2014, 9: 983–989. doi: 10.2147/COPD.S62886
    BRIDGEMAN D, ZHAO D, TSOW F, et al. A non-invasive and inexpensive capnography device for the monitoring of COPD and other pulmonary diseases[C]. 2014 IEEE Healthcare Innovation Conference, Seattle, USA. 2014: 1–4.
    ZHONG Xingfu, WU Yingxiang, TIAN Shuxiang, et al. Flow rate measurement in multiphase flow using turbine flow-meter[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2002, 23(Suppl): 858–859.
    文红燕. 涡轮流量计在线监测系统的研究[D]. [硕士论文], 中国计量大学, 2016: 8–14.

    WEN Hongyan. Research on the online monitoring system of turbine flow meter[D]. [Master dissertation], China JiLiang University, 2016: 8–14.
    周旺, 方震, 陈贤祥, 等. 获取呼气指标的装置及方法[P].中国专利, CN107569233A. 2018-01-12.

    ZHOU Wang, FANG Zhen, CHEN Xianxiang, et al. Obtaining expiration indicator device and method[P]. China Patent, CN107569233A. 2018-01-12.
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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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