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慢阻肺作为一种可预防,可治疗的呼吸系统疾病,通过早期的合理治疗可以有效地限制慢阻肺恶化,从而减轻患者痛苦和经济负担,但现阶段我国仅有约1/3慢阻肺患者曾经被诊断,慢阻肺疾病管理市场几乎空白,急需对慢阻肺进行筛查、诊断、评估、监护。 国外便携式肺功能检测设备技术成熟,性能稳定,检测参数较多,可价格昂贵,对于一般家庭难以承受。国内的便携式肺功能检测设备,仅对于慢阻肺早期诊断有一定的作用,精度较低,检测参数较少,不足以对慢阻肺进行筛查、诊断、评估、监护,形成院内治疗,院外监护相结合的管理模式。 综合慢阻肺疾病的医疗现状及慢阻肺监护设备的研制需求,提出了本文主要研究内容:研制一款适用于家庭与社区医疗的便携式慢阻肺医疗监护设备,可以通过判断被测者是否存在气流受限来对慢阻肺进行初筛,同时可监测患者的血氧饱和度与呼气末CO2指标,以实现对慢阻肺病情的实时监护,进而指导患者分类用药治疗,在疾病发生恶化时,能及时预警患者及家属。 为实现上述的功能,本文完成了如下的工作: (1)设计了慢阻肺监护设备的嵌入式硬件部分。分析比较了现有呼气采集方案后,选择了基于涡轮式的方案。在结合慢阻肺监护需求以及设备便携性、集成性、实时性要求,硬件设计了微处理器、呼气信号采集、血氧采集、呼气末CO2采集、电源供电与充电、系统通信、液晶显示、存储、按键等单元模块于一体的集成式慢阻肺监护设备,同时模块化电路设计和供电管理,降低了模块间的干扰,利于数据的准确采集。 (2)设计了慢阻肺监护设备的嵌入式软件部分。采用线性回归算法对其进行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;提供了多种工作模式,血氧指标测量模式、呼气末CO2测量模式可实现慢阻肺的实时监护。 (3)设计了慢阻肺监护设备的原型样机。设备外观符合人体工学设计,便于测试者进行手持测量。外设接口上,含可拆卸涡轮、呼气末CO2与血氧接口,可按需进行安装与拆卸;人机交互上,含2.8寸彩色液晶屏与4个功能按键及侧边复位按键,同时支持蓝牙与串口通信;电源供电上,采用5000mAh可充电电池,并支持USB充电。 (4)完成了数据准确性与可重复性验证,准确性验证方面,进行了呼气指标与血氧饱和度指标的数据准确性验证工作,其中FVC指标测量精度在±3%或50mL(取两者的大值),PEF指标测量精度在±5%或200mL/s(取两者的大值)。血氧饱和度指标在区间60~99%测试时,误差在±2%内。可重复性验证方面,进行了44天的3L定标实验,定标结果在±3%内,符合定标的要求;连续两日同一操作者的测试实验,测试结果表明两组实验数据无显著差异。