多功能监护仪开题报告.docx

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多功能监护仪开题报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：

多功能自动监护系统设计

学院（系）：

电气工程系

年级专业：

学生姓名：

指导教师：

完成日期：

2012-3-21

一、本课题国内外研究动态，选题的依据和意义

1.1国内外研究动态

自从1903年发明第一台弦线型心电图仪后,人们逐渐认识到心电图学的研究对预防心血管疾病有着极其重要的意义。

据统计,全世界每年有上千万人死于呼吸衰竭、心血管疾病。

因此,对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视。

自20世纪70年代开发和生产出单一功能的监护设备以来,得到了临床广泛的应用。

但单一功能的监护设备远远不能满足临床的需要,严重制约了医院对广大危重病人的救护。

进入90年代,随着传感技术和电子技术的发展,监护参数不断增多,由过去的单一参数监护发展为多参数监护。

比如由单一的心电监护、血压监护、血氧饱和度监护,逐步发展成为包括心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、心输出量及麻醉气体分析等在内的多参数监护仪,这些设备正在医院临床的诊治中发挥着积极的作用。

多参数监护仪具有完备的三种工作模式——成人、新生儿及手术模式,它适用于所有年龄的病人及特殊的手术室环境。

监护仪的监护数据可24小时进行存储回顾,大容量的记忆保证更完善的危重事件的存储及诊断分析,并具有多导联心电分析、介入血压监测、药物浓度的计算、自动监测数据,自动报警等多种功能。

所有气体监

测并且进行分析的数据、波形、趋势及报警均显示在与其相连接的监护仪显示屏上,操作简便,医护人员可随时观察患者的病情,并及时给出治疗方案。

在多参数监护仪不断发展的同时,也加强了各种监护参数的记录和分析,特别是对异常波形的自动记录与分析。

对于病人躁动或其他原因引起的干扰,多参数监护仪可自动经四导联纵向比较、质询,从而将干扰信号完全排除。

振动法是70年代发展起来的无创伤性动脉血压测量方法,在过去的测量过程中,由于病人的运动或外界干扰影响袖带内的压力变化时,仪器将无法检测不规则的动脉波动,因此就可能导致测量失败。

目前监护仪已采用了抗干扰的阶梯放气法,是由软件来自动判断干扰与正常的动脉脉动波,从而在一定程度上具有抗干扰能力。

另外,从以前的单台监护发展到今天的几台或几十台监护仪互联在一起的监护网络。

应用范围也

逐步扩大,由过去的主要应用于手术过程及ICU病房中扩大至所有临床科室的应用。

比如MarquetteUnity网络是一个开放性的多系统网络平台,它兼容所有的设备,从急诊科、监护室、ICU、CCU、遥测心电监护中心、手术室、运动心电测试室、动态心电室、医院病案管理中心、电生理研究室……,跨病区,跨区域。

通过Unity网络监护仪可以随时显示别处其他监护或遥测心电发来的波形、数据和报警。

通过Unity网络中央台可实时显示所有病人的监护信息及报警事件。

通过Unity网络,临床医师可以在任何时间,从任何一台监护仪上调用信息,或者被任何一台其它监护仪所调用,从而实现真正的病床与病床之间的数据交流。

从本世纪60年代开始,远程医疗主要是通过电话网和有线电视网传送从文字到视频图像信息供医生间交流信息,或向专家进行病案咨询以辅助诊断。

远程医疗在三十多年的发展中,运用了传真、电话、无线电通讯到静止图像和实时交互电视技术,以及虚拟现实和远程机器人等一系列新的通讯技术和电子学技术,与医疗保健技术相结合,形成了许多研究方向。

远程医疗中传送的医学信息主要有数据、文字、视频、音频和图像等形式。

其数据和文字信息的数据大小,对通信要求不高。

视频和音频信号数据量较大,而且在远程会诊和交互式会议中需要同时传送视频和音频信号,因此对通信要求较高。

医学影像信息根据实际应用要求的不同分为静止图像和运动图像。

根据远程医疗应用中传送的信息量大小和实时要求的不同,远程医疗中采用的通讯技术有:

1.日常使用的程控电话网,其传输率较低,常用于传送文字和数据,使用费用低。

2.交互电视（interactivetelevision,IATV）为窄带网络,可以同时传送视频和音频信息,常用于远程会议、对精神病患者进行远程诊断等,对图像分辨率要求不太高。

3.由双绞线组成的局域网,最常用的传输速率为10Mb_s,能实现多种信息传送。

4.光纤网为高速网络,传输速率为100Mb/s,传输距离可达几十公里,抗干扰性好,但成本较高。

5.综合服务数字网（integratedservicesdigitalnetwork,ISDN）是一个全数字网络,能实现高清晰度电视服务。

6.卫星通信技术（mobilesatellitecommunication,MSC）的速率在10~100Kb/s,其优点是信息传送距离远,常用于远程教育、远程监护和急救。

远程监护、家庭护理技术是近年来远程医疗非常重要的,但也是一个相对薄弱的研究领域。

远程监护提供了一种通过对生理参数进行连续监测来研究远地对象的生理功能的方法。

NASA70年代运用远程监护技术对空中的宇航员进行生理参数监测。

目前美国军方正在研究一种供战时使用的人体状态监护仪。

它能监护佩带者的呼吸、体温、心率和其他参数。

远程医疗监护可对远端患者的主要生理参数,如心电、血压、体温、呼吸、血氧饱和度等进行监测。

有的可提供医学咨询和指导。

这类系统可用于对慢性病患者、老年病患者、残疾病人的居家监护,还用于对野外工作队、探险队等医疗监护。

除了心电图远程监护外,对其他重要生理参数的远程监护如以色列CARDGUARD公司的血压远程监护和呼吸远程监护、清华大学的家庭血压远程监护等,它们可以完成心电图连续长时间的监护,当检测的异常心电图超过警戒值时能自动将异常心电图送到中心端进行处理。

由于心理或生理上的压力,有相当一部分人在医院测量的数据与在他熟悉的环境中测量的数据有本质上的差别。

研究表明被认为患有高血压病并有可能导致心脏病的人,其中20%在真正放松下来时没有高血压;临床上被诊断为患有高血压并有可能诱发心脏病的孕妇,在家中做24h血压监护时发现仅有三分之一孕妇的监护结果与临床诊断一致。

我国自80年代末开始远程医疗的研究,主要从家庭监护、医院内的PACS系统开始,目前处于发展阶段。

我国远程医疗的发展有三个方面:

一是医院内的信息和图像传输存取管理系统;二是医疗信息网;三是家庭监护网,主要是对如血压、心电等生理参数的监测。

要发展我国的远程医疗的研究,从根本上首先要医学信号标准必须完全一致;信息中心和数据库的建立和管理;需要建立标准的数据格式,不仅使不同设备的数据可以共享,而且还要简化网络接口和不必要的格式转换;图像远程传输的技术;虚拟现实环境的研究。

建立医学信息系统或医院信息系统,使医护人员能随时查询医院每天的临床活动及相关记录,优点在于及时了解医院内的医疗活动。

随着传感器技术和远程监护的发展,健康者也会成为家庭监护的监护对象,通过对健康者的生理参数进行监护有助于疾病的早期发现和及时治疗。

[7]

1.2选题的依据和意义

随着现代医学技术的发展，尤其是电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的不断发展，监护仪作为各级各类医院中一种常用设备，得到了广泛应用。

现代医学监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定参数进行比较，出现超差而发出报警的一种装置或系统。

由于它的应用，大大地减轻了医务人员的劳动强度，提高了护理质量；而且更重要的是，它可在一天24小时连续对病人的状况和生理参数进行实时监护，一旦出现病情变化，可供医生作为应急处理和进行治疗的依据；可减少并发症，大大降低危重病人的死亡率；还可为临床医护人员的诊断治疗和研究提供病人疾病发展或愈合过程中有价值的附加信息，有利于医护人员更好地了解病情，做出科学准确的诊断和治疗。

因此现代医学监护仪已经成为目前各级各类现代化医院中临床监测监护必不可少的一种常用医疗设备。

现代医用监护仪主要由4个部分组成1：

信号采集、模拟处理、数字处理、信息输出。

按其物理结构大致可划分为如下三类：

（1）单参数监护仪：

如单心电监护仪，单血压、单血氧饱和度等。

（2）多功能多参数综合监护仪：

如可同时监护心电、呼吸、体温、血压和血氧等参数。

这类监护仪一般情况下是为满足普通临床科室的监护需要而设计的。

（3）插件式组合监护仪，这类多参数监护仪属于高档监护仪，它是由各个分立的可拆卸的物理模块和一台监护仪主机构成。

通用的插件式多参数监护仪以其灵活性，广泛应用于各科室和病房中，在监护仪市场中占有了很大的比重。

随着监护技术的不断更新和发展，用户需求也逐渐朝多样性方向发展。

现代多参数监护仪的特点主要体现在以下几个方面：

（1）小型化，在实现仪器相同功能的前提下，缩小整机的体积。

（2）插件式，目前广泛应用的监护仪结构上都采用插件式，测试参数实现了多样性，使监护仪的功能扩展，升级换代，功能模块的互换等极为方便。

（3）高灵活性，现代监护仪的设计非常灵活，用户可根据需要选择显示器的尺寸与显示方式、用户界面（中文或外文）、各种测量功能（测量模块的增减）及测量技术。

（4）功能的可靠性，由于不断采用新的方法和技术，监护仪在功能和性能方面有了很大提高。

如心电监护方面，应用模式识别技术对心电信号的处理功能越来越强：

先进的屏蔽技术使得现代医学监护设备可以与电磁辐射较强的仪器（如高频电刀，心电除颤器等）同时使用；采用心律同步技术，使无创血压和脉搏血氧饱和度检测的准确性得到提高。

（5）安全性，采用浮地、开关电源等先进的隔离技术，防止病人和操作人员遭受电击的危险。

（6）网络化，由于计算机技术和网络通讯技术的发展，通过国际互联网，医院主干网络或其他专用临床网络，可以实现病人数据，信息的双向传递[3]

本课题针对以上需求，旨在研究并设计出一种功能强大、价格低廉的便携式多生理参数监护仪，是具有很现实的意义的。

作为完整的监护仪，本课题要实现的功能主要有：

●模块化设计

●实时监测和显示心电信号

●无创测量平均压、收缩压、舒张压

●实时显示脉搏波，计算血氧饱和度

本课题要研究的内容主要围绕要实现的各种功能，以设计出一台完整的四生理参数监护仪。

心电、血压、脉搏、血氧饱和度等是人体最重要、最基本的生命指征。

在户外、家庭急救及监护中对伤病人进行生命指征的监测是帮助医务工作者及时了解病人情况的重要手段，因此便携式多参数监护仪具有很重要的临床使用参考价值，并可便携移动、车载使用，大大提高了使用率，为监护病人和抢救病人提供了第一手临床信息资料和多样的生命特征参数。

同时进行血压、心电、脉搏、血氧饱和度监测的意义在于：

正常心电图提示患者心电生理状态正常，只要没有严重的心律失常，就不会因心电生理紊乱而影响心排血量。

动脉压过高多因外周小动脉异常收缩，使血流进入微循环的量减少：

而动脉压过低多因有效循环量不足或心排血量下降引起，因灌注压下降，血流进入微循环的量也会减少。

微循环量下降直接影响氧气和二氧化碳以及营养物质和代谢产物的交换，严重时可造成组织缺氧和组织酸中毒。

动脉压正常至少可以提示外周组织有足够的灌注压。

血氧饱和度测定值正常说明动脉血中的血红蛋白己经获得良好的氧合，脉搏容积波形正常提示测定部位组织中的小动脉张力正常。

当前现有监护仪器主要广泛的应用于各级医院，国内还没有生产专门用于户外条件伤病员抢救中的监护仪器。

多参数监护仪是面向和紧急救助而设计的。

体积较小，携带方便，测量快速，便于在紧急情况下抢救伤病员。

而且成本较低，性能价格比较高。

因而根据紧急使用的需要，多生理参数监护仪不论在功能和价格等方面都将使用户满意，得到推广应用。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

2.1研究的基本内容

根据任务书研究课题的的要求，研究的基本内容有：

1、学习了解医院自动监护系统的历史现状和发展趋势；

2、学习医院自动监护系统设计方法；

3、设计一套医院自动监护系统；

4、掌握医院自动监护系统工作和设计原理；

5、设计一套医院自动监护系统；

6、完成系统中心站和床头机的整体方案设计；

7、重点完成系统中信息采集和通信部分的模块设计；

2.2拟解决的主要问题

医院自动监护系统的整体结构框图的设计，心电、血压、心率、脉搏血氧饱和度等生理信号得硬件电路设计及其进行电路运行检测模拟、软件原理结构图的设计。

三、研究步骤、方法及措施

1、搜集资料充分了解医院监护系统的原理，设计出一套医院监护系统的原理结构框图；

2、参考图书馆所借书籍及其下载文献学习要设计的心电、血压、心率、脉搏血氧饱和度等生理信号的意义、测量方法、电路设计、软件设计等基础知识；

3、运用自己所学知识及其搜集的资料、相关参考文献等设计多参数监护仪的具体各模块的设计，包括：

心电检测模块、血压检测模块、脉率检测模块、脉搏血氧饱和度检测模块；

4、进行电路模拟仿真；

5完成软件的原理框图的设计；

6根据任务书的要求重点完成信息采集和通信部分的模块设计；

四、研究工作进度

1-4周查阅中、英文资料课题理解

5-8周系统整体方案设计

9-12周系统信息采集模块设计

13-15周系统信息通信模块设计

16-17周写论文准备答辩

五、主要参考文献

【1】孟亚丽.四参数生理监护仪的设计.天津大学硕士学位论文，2005

【2】柳波.基于DSP的多参数监护仪的设计.西南科技大学硕士学位论文，2005

【3】许竞竞.基于ARM的便携式多参数监护仪.天津大学硕士学位论文，2007

【4】Oliaei,Omid，Sigma-deltamodulatorwithspectrallyshapedfeedback，IEEETransactions0nCircuitsandSystemsII：

AnalogandDigitalSignalProcessing，2003，50（9）：

518—530

【5】周峰.大范围血氧饱和度无创检测的方法及模型研究.浙江大学生物医学工程与仪器科学学院硕士学位论文，2008

【6】余永纪.便携式心电监测仪的设计.杭州电子科技大学硕士学位论文，2009

【7】唐伟,黄晓庆,杨常清.多参数监护仪的发展与未来.第三军医大学西南医院设备科硕士学位论文，2003

【8】高轶.定位的生命体征采集及无线传输系统.中国医科大学研究生学位论文，2011

【9】余学飞.医学电子仪器原理与设计.华南理工大学出版社，2006

【10】邓新恺.现代医学仪器设计原理.科学出版社，2004

【11】张晓军.基于ARM的血氧饱和度测量仪研制.厦门大学硕士学位论文,2007

【12】游荐波.基于C8051F021单片机的脉搏血氧饱和度测量仪的研制.国防科学技术大学硕士学位论文,2008

【13】张宁.无创血氧饱和度监测系统及其关键技术研究.第一军医大学硕士学位论文,2004

【14】杨晶.一种简化的多功能监护仪集成设计方案.海军总医院医学工程科研究论著,2008

【15】史贵连，杨玉星.无线移动式多参数生理监护仪的硬件结构设计.华中科技大学生命科学与技术学院研究论著,2009

【16】王景辉.基于蓝牙传输的脉搏信号检测系统的设计与实现.兰州理工大学硕士学位论文,2009

【17】王继寸.基于脉搏波的无创连续血压测量方法研究.天津大学硕士学位论文,2009

【18】于璐.基于虚拟仪器的脉搏信号处理方法研究及应用.中国医科大学硕士学位论文,2009

【19】常晓剑.脉搏波诊断仪的研制.天津大学硕士学位论文,2006

【20】王国力.智能化脉搏信号测试系统研究.山东大学硕士学位论文，2005

【21】张鹤林.基于单片机技术的脉搏信息采集系统的设计.南昌大学硕士学位论文,2010

【22】程楠.便携式心电监护仪的硬件设计.武汉理工大学硕士学位论文,2009

【23】朱大缓,郭育华,汪公社.便携式心电检测放大电路设计.西南交通大学电气工程学研究论著,2008

【24】李文龙.多参数网络监护系统的研究.南京航空航天大学硕士学位论文,2003

【25】孙晓雷.多功能便携式心电监护仪的研究与设计.合肥工业大学硕士学位论文,2004

【26】张皓明.基于WLAN的ICU诊疗一体化系统——中央监护及输液控制服务器系统设计.中山大学硕士学位论文,2006

【27】林美善.基于蓝牙通信的心电采集系统的设计.北京邮电大学硕士学位论文,2009

【28】MaynardRamseyⅢ，Bloodpressuremonitoring：

Autometedoscillometricdevice，JC1inMonitoring，1991

【29】V0kovVS、MazurES、MazurVV，OntheclinicalValueofNocuturnalDeclineinBloodPressureinPatientsWithEssentialHypertension，Kardiologiya1999

【30】O’DonohueWJJr，Prescribinghomeoxygentherapy，Whattheprimarycarephysicianneedtoknow．AmJRespirCdtCareMed，1995

六、指导教师意见

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果：

□通过□完善后通过□未通过

负责人签字：

年月日