基于数字信号处理技术的喉部呼吸检测系统研发

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人在呼吸过程中,呼吸道黏膜分泌粘液捕获各种病菌、尘埃以及炎症细胞等有害物质后会形成粘稠的痰液。危重病人在使用呼吸机的过程中,无法有意识地将痰液吐出,随着时间的推移,喉部的痰液会渐渐积累,造成进氧量减少,对病人救治造成不利影响。为了降低痰液产生的负面影响,进行了相关研究并且对涉及到的关键技术进行了总结归纳,指出了现有方案的优缺点,然后提出了新的研究方案。根据病人呼吸音特点,研发出一款基于时域分析技术的喉部呼吸检测系统,该系统能够实时检测检测病人喉部呼吸状况,当痰液量积累到影响呼吸时,马上通知医护人员吸出痰液。主要研究内容包括:(1)无线电子音频采集器开发:1)硬件设计:主要包括基于PVDF薄膜的接触式传声器电路的设计以及以ESP32芯片为核心的音频采集和无线传输电路的设计和实现。2)软件设计:基于Free-RTOS的应用软件开发,主要包括:音频编码模块程序、音频数据传输程序、指令接收模块程序的设计与实现。(2)呼吸检测算法的研究与实现:基于音频的数字带通滤波和短时能量分析算法实现对呼吸音状况的实时诊断,并根据呼吸状况判断出病人喉部痰液是否需要清理。(3)基于Python的上位机软件的设计与实现:基于Python语言开发了上位机软件,对无线电子音频采集呼吸音信号进行分析处理,实现了辅助诊断功能、通知功能、音频数据压缩和保存功能以及呼吸音波形显示功能。实验表明,该喉部呼吸检测系统能够准确判断病人喉部痰液是否需要吸出并能够及时通知医护人员前来处理,具有一定应用价值。本文研制的呼吸检测系统成本低且方便部署,适用于远程医疗、智慧医疗、移动医疗以及医疗教学等多种场景。
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