期刊介绍
期刊导读
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一种活体多通道生理生化检测仪的设计(2)
图6 存储模块
屏幕采用淘晶驰公司出品的TJC1060X57_011C 7.0英寸的电容显示屏,工作电压为5 V,分辨率为1 024×600。这种屏幕的最大优点是可以快速简单地完成界面设计,由于该屏幕的通信接口为USART串行接口,屏幕可直接与主控芯片的USART接口相连,即完成通信。同时界面设计是通过USART HMI软件进行设计并烧录到屏幕上,可以实现界面程序与主机程序的完全隔离,互不干扰,降低了调试和设计难度,同时又完成了所需要求。
3 系统软件设计
系统软件设计主要包括人机交互界面设计和嵌入式主机设计。
3.1 人机交互界面设计
界面主要分为两部分:功能选择和数值显示。功能选择主要包括开始测量、选择通道、保存、读取和擦除。开始测量即仪器开启测量功能。通道号也就是受试者的编号,不同的受试者测量时分配不同的编号,同时对存储器进行分区,这样方便存储和提取所需要的受试者数据。保存功能主要为保存该通道下测量到的PPG数据和生理信号值。读取功能为提取所选通道的PPG数据和测量值,通过串口向PC传输。擦除功能为删除所选通道下所存储的所有信息。数值显示界面可显示所测量到的多种人体生理参数。用户通过系统操作界面可以轻松完成对该仪器的操作。操作界面及样机如图7所示。
图7 操作界面及样机
3.2 嵌入式主机设计
嵌入式主机设计主要包括系统初始化和测量程序设计这两部分。系统初始化主要包括电源置锁、关看门狗、初始化DDR、I/O口初始化、定时器初始化、串口初始化、A/D初始化和SPI初始化等必要的初始化。测量程序设计主要包括脉搏波滤波采样程序设计、血氧饱和度算法软件设计、血压算法软件设计和血糖算法软件设计。
本设计的具体的测量过程为:设定整个测量时间为60 s,前30 s控制传感器中的红灯和红外灯以200 Hz交替发光,开启两路A/D分别采集直流信号和交流信号,采样率为200 Hz,即每5 ms采集一个信号点,计算血氧饱和度并加以显示;后30 s工作流程为,主机向传感器发送标志信号,传感器接收到后将环境温湿度、手指温湿度和手指热辐射值打包,传回主机,主机确定接收后仅开启传感器中的红灯,A/D采样率设定为200 Hz采集PPG信号,对PPG信号进行处理并结合多元参数进行计算得出血压、心率和血糖值。
测量流程如图8所示。
图8 测量流程
4 仪器性能实验
4.1 准确性实验
设计实验步骤如下:首先,召集10名志愿者进行空腹实验,志愿者中有3名糖尿病患者,使受试者在温度26℃的房间休息10 min;其次,使用酒精棉擦拭受试者手指,等待酒精挥发完全;最后,使用样机和对比仪器对受试者进行测量,测量时保证受试者端坐,并使手指与心脏保持齐平。对比仪器为迈瑞公司生产的PM-9000 Express多参数生理监护仪和德国罗氏诊断公司的Accu-Chek?Mobile逸动型血糖仪。得到10组数据,对比得到的血压、心率、血氧饱和度和血糖的测量结果分别如图9~图12所示,计算得到的各参数相关系数表如表1所示。
舒张压和收缩压的绝对误差在±5 mmHg,相关系数均在0.9以上,满足AAMI国际电子血压计标准[13]和YY060标准。心率和血糖的相对误差均在10%以内,相关系数均在0.9以上。血氧饱和度相对误差在1%以内,满足YY0784标准。实验结果表明,本仪器具有一定的精准性和可靠性。
图9 血压测量值与真实值对比
图10 心率测量值与真实值对比
图11 血氧饱和度测量值与真实值对比
图12 血糖测量值与真实值对比
表1 相关系数表参数收缩压舒张压血氧饱和度心率血糖相关系数0.965 8 0.954 1 0.825 5 0.953 7 0.969 8
4.2 稳定性实验
采用第4.1节所述的测量方法,在10:00—11:00内,每隔10 min对同一个人进行测量,测量5天,从中选取同一个真实值下的测量值进行稳定性计算。仪器稳定性公式为:
式中:stb为稳定性;Xmax为最大测量值;Xmin为最小测量值;Xrel为真实值。稳定性结果如表2所示,表明本仪器具有较好的稳定性。
表2 稳定性数据参数真实值收缩压/mmHg 115舒张压/mmHg 67心率/(次/min)69测量值108,110,110,110,113 67,68,70,70 69,71,71 stb/%4.348 4.478血氧饱和度/%98 97,97,97,98,98,98,98,98,98,98,99,99,99,99 2.041 2.899血糖/(mmol/L)4.6 4.5,4.5,4.5,4.6,4.7,4.8,4.8 6.522
文章来源:《糖尿病新世界》 网址: http://www.tnbxsj.cn/qikandaodu/2021/0513/1208.html
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