穿戴式核心體溫和連續(xù)血壓測量關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、在全球人口持續(xù)增加、老齡化問題日益嚴(yán)峻、醫(yī)療健康支出快速上漲、慢病管理需求旺盛、公共醫(yī)療資源相對短缺的背景下，面向家庭與個人的穿戴式健康監(jiān)護(hù)在近年來成為國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。穿戴式生理參數(shù)測量技術(shù)的主要研究對象包括心電、血氧飽和度、脈率、血壓和體溫等幾個重要的生命體征參數(shù)，這些生理參數(shù)與人體健康狀況和疾病防護(hù)息息相關(guān)，具有連續(xù)監(jiān)測的價值。穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)可以完成對人體重要生理參數(shù)的非侵入式測量，其便攜可穿戴的特點(diǎn)又十分適合日常

2、健康監(jiān)測的使用場景。目前，部分穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)已可實(shí)現(xiàn)單/多導(dǎo)聯(lián)心電、血氧飽和度、脈率、袖帶式血壓和體表溫度等人體生理參數(shù)的測量，少數(shù)還具有連續(xù)血壓監(jiān)測的功能。其中，袖帶式血壓僅能間歇性地測量，無法較好地反映血壓的連續(xù)變化情況，而傳統(tǒng)的脈搏波傳導(dǎo)時間法連續(xù)血壓監(jiān)測技術(shù)又存在精度較低等劣勢;體表溫度容易受到環(huán)境溫度擾動、人體汗液蒸發(fā)等因素的影響，無法直觀地反映人體深部的真實(shí)溫度。因此，可靠的核心體溫測量技術(shù)和連續(xù)血壓測量技術(shù)在可穿戴

3、生理參數(shù)監(jiān)測領(lǐng)域具有重要的意義，也是研究的難點(diǎn)之一。
　　為了解決上述問題，本文研制了一種穿戴式多生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，開展了核心體溫和連續(xù)血壓測量技術(shù)的研究。同時，還利用從生理信號中提取到的多種生理參數(shù)特征，開展了人體心血管疾病初篩技術(shù)的研究。本文的主要研究工作包含以下內(nèi)容:
　　(1).穿戴式多生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn):設(shè)計并搭建了一個分布式的可穿戴多生理參數(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由體溫子系統(tǒng)、心電子系統(tǒng)、血氧/脈率子系

4、統(tǒng)和血壓子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了五電極多導(dǎo)聯(lián)心電、血氧飽和度、脈率、袖帶式血壓、連續(xù)血壓、核心體溫等人體重要生理參數(shù)的測量。其中，血壓子系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)袖帶式血壓測量功能的同時，還可作為主節(jié)點(diǎn)，控制心電子系統(tǒng)和血氧/脈率子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)血壓測量的功能。
　　(2).非侵入式核心體溫測量技術(shù)的研究:基于雙熱流法，提出了改進(jìn)的核心體溫測量技術(shù)。利用有限元仿真與分析，對核心體溫測量探頭的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。針對傳統(tǒng)的雙熱流法中熱響應(yīng)慢、易受水平熱流干

5、擾等缺點(diǎn)，對所設(shè)計的探頭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和傳熱介質(zhì)材料上的改進(jìn)。通過分離布置的兩個傳熱塊，減弱水平方向上的熱流對底部溫度傳感器的影響;通過在PDMS傳熱介質(zhì)中均勻參雜碳酸鈣粉末的方法，在保證測量精度的同時，加快了熱響應(yīng)速度。針對環(huán)境溫度變化會打破熱平衡，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確的問題，使用自適應(yīng)濾波技術(shù)，提高核心體溫測量探頭的抗環(huán)境溫度擾動的能力。在熱板和人體靜息及運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得了良好的測量精度、熱響應(yīng)速度，與舌下腺溫度有較高的一致性。

6、>　　(3).基于SOI硅片的鎳薄膜溫度傳感器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn):設(shè)計并制作了基于SOI硅片的鎳薄膜溫度傳感器。利用負(fù)性光刻膠在紫外光下曝光顯影出熱敏薄膜電阻條和引線焊盤的圖像，用真空蒸發(fā)的方式依次鍍上鎳薄膜熱敏電阻條和金薄膜引線焊盤。初步探究了硅片上金屬薄膜溫度傳感器的制作流程與制作工藝，為將來實(shí)現(xiàn)核心體溫測量探頭的一體化、集成化做鋪墊。
　　(4).連續(xù)血壓測量技術(shù)的研究:基于脈搏波傳導(dǎo)時間法，提出了改進(jìn)的連續(xù)血壓測量技術(shù)。Moen

7、s-Kortweg方程和Bramwell-Hill方程為絕大多數(shù)傳統(tǒng)的基于脈搏波傳導(dǎo)時間法的連續(xù)血壓模型提供了理論基礎(chǔ)，有別于此，本文從納維-斯托克斯流體動量守恒方程推導(dǎo)了脈搏波傳導(dǎo)時間與血壓之間的關(guān)系，并引入了與血壓變化相關(guān)的血液動力學(xué)參數(shù)，提出了改進(jìn)型血壓測量模型。其中，運(yùn)用多變量逐步回歸分析和皮爾森相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計進(jìn)行了改進(jìn)型血壓測量模型的特征選取，運(yùn)用正則化多項(xiàng)式線性回歸建立了該模型，并運(yùn)用遞歸最小二乘法對模型進(jìn)行校準(zhǔn)。相比于傳統(tǒng)的

8、基于脈搏波傳導(dǎo)時間法的經(jīng)典模型，本文提出的改進(jìn)型血壓測量模型在測量精度和校準(zhǔn)頻率上有所提高。
　　(5).心血管疾病初篩技術(shù)的研究:提出了一種基于主成分分析和支持向量機(jī)的有/無心血管疾病的分類技術(shù)。在從生理信號中提取多項(xiàng)生理參數(shù)特征后，利用主成分分析方法，對所得生理參數(shù)特征進(jìn)行降維處理。以降維后的新特征向量組合為輸入，使用以徑向基函數(shù)為核函數(shù)的帶松弛變量的支持向量機(jī)，建立有/無心血管疾病的分類器。在分類器的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程中，運(yùn)用可