多功能自动监护系统设计毕业论文.doc
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1、本科毕业设计(论文)多功能自动监护系统设计 燕 山 大 学2012年6月 本科毕业设计(论文)多功能自动监护系统设计学院(系): 专 业: 学生 姓名: 学 号: 指导 教师: 答辩 日期: 2012年6月 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院: 系级教学单位: 学号 学生姓名 专 业班 级 题目题目名称多功能自动监护系统设计题目性质1.理工类:工程设计 ( );工程技术实验研究型( );理论研究型( );计算机软件型( );综合型( )。2.管理类( );3.外语类( );4.艺术类( )。题目类型1.毕业设计( ) 2.论文( )题目来源科研课题( ) 生产实际( )自选题目( ) 主要内容
2、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基本要求1、 掌握医院自动监护系统工作和设计原理2、 设计一套医院自动监护系统3、 完成系统中心站和床头机的整体方案设计4、重点完成系统中信息采集和通信部分的模块设计5、按要求撰写论文参考资料1、文献若干2、微机式医学仪器设计 林家瑞周 次14周58周912周1315周1617周应完成的内容查阅中、英文资料课题理解系统整体方案设计系统信息采集模块设计系统信息通信模块设计写论文准备答辩指导教师:景军职称:教授 2012 年1 月10 日系级教学单位审批: 年 月 日摘要心电、血压、血氧饱和
3、度和呼吸是反映人体机能的重要参数,在人体的生命监护中有着极其重要的参考价值。目前,大部分医院病人的生理参数都是采用人工定时测量的方式获取,此项常规护理不仅耗费大量的人力,而且对测量结果进行汇总、查询、分析也比较繁杂。此外,如果病人在出现异常时不能及时被医生发现,可能会造成治疗时机的延误。尤其对于那些传染病患者,医生不方便与其接触,因此需要一种能够监护病人,且无需与其接触就能够实现诊治的方式。本课题对多功能自动监护系统进行了研究。本文针对心电、血压、血氧饱和度、呼吸信号各自的特点,分别设计了各生理信号检测模块:在心电模块采用右腿驱动电路,用AD620作为前置放大器;在血压模块采用测振法;在血氧饱
4、和度模块双波长法;在呼吸模块采用热敏法测呼吸。在通信模块采用基于无线传感器网络的无线通信技术,对IEEE802.15.4协议和ZigBee协议进行了详细介绍,无线射频芯片采用CC2420,核心控制芯片采用MSP430。本系统整体采用模块化的设计方式,易于日后的修改、优化和维护,并且通过无线传感器网络实现通信,具有较好的灵活性和扩展性,适合家庭、社区和医疗机构使用,应用前景广阔。关键词: 心电;血压;自动监护;无线通信;CC2420AbstractECG, blood pressure, oxygen saturation and breathing which is reflect the h
5、uman function are important parameter, they have extremely important reference value in life custody. Now, most of physiological parameters are measured by timing manner. The conventional care not only spent a lot human,,but also measure result is more complex to summary, inquiries and analysis. In
6、addition, if special circumstances of patient couldnt timely discovery, the illness will be caused delay in treatment time. Especially For patients with infectious diseases, Doctors contact patients inconveniently, so It is necessary that using a method not only monitoring patient, but also no conta
7、ct patient. This paper presents the multi-functional automatic monitoring system of the research program.In this paper, ECG, blood pressure, oxygen saturation, respiratory signal characteristics were designed physiological signal detection module: ECG module with the right leg drive mode AD620 as a
8、preamplifier; in blood pressure module using vibration measurement method; dual-wavelength method in the oxygen saturation module; thermal method to measure breathing in the respiratory module.In the communication module based on wireless sensor network wireless communication technology, IEEE802.15.
9、4 protocol and ZigBee protocol is introduced in detail, the wireless RF chip using the CC2420 and the core control chip uses MSP430.Module design of this system ease of future modifications, optimization and maintenance, and to communicate through wireless sensor networks, has good flexibility and s
10、calability, suitable for families, communities and medical institutions the use of a bright future.Keywords: ECG; Blood pressure;Automatic monitoring;Wireless communication;CC2420 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 监护仪概述及分类11.3 监护仪的发展现状及出现的问题21.3.1 监护仪的发展现状21.3.2 存在的主要问题31.4 课题的研究意义及工作安排4第2章 多功能自动监
11、护系统的硬件设计52.1系统总体结构设计52.2 心电模块的设计52.2.1 心电信号的生理意义52.2.2 心电模块的电路设计72.3 血氧饱和度模块的设计162.3.1 血氧饱和度的生理意义162.3.2 血氧饱和度模块的电路设计172.4 血压模块的设计202.4.1 血压的生理意义202.4.2 血压模块的电路设计212.5 呼吸模块的设计222.5.1 呼吸的生理意义222.5.2 呼吸模块的电路设计232.6 本章总结23第3章 无线通信模块设计243.1 无线通信网络协议243.1.1 ZigBee协议概述243.1.2 ZigBee 网络层协议253.1.3 IEEE802.1
12、5.4 简介263.1.4 IEEE802.15.4 协议273.2 芯片选择283.2.1 控制芯片MSP430293.2.2 CC2420射频芯片293.3 硬件电路设计313.4 本章小结32结论33参考文献34致谢36附录1 开题报告37附录2 文献综述41附录3 中期报告45附录4 英文翻译48附录5 英文原文53第1章 绪论1.1 课题背景近代迅猛发展的科学技术,已经在社会各个领域得到了广泛应用,并且不断推动着这些领域向前发展。医疗领域也不例外,在医疗机构广泛应用的医疗监护仪是传感器技术、信号处理技术,通信技术、计算机技术等综合技术在医学领域成功应用的体现。监护仪是医院不可缺少的重
13、要设备,它实时、连续、长时间地监测病人的重要生命特征参数,并将获得的数据传送给医护人员,以供医护人员进行分析,使得医护人员能够对病人当前的状态做出正确判断,从而对病人做出正确地处理。医疗监护仪的出现,不仅减轻了医护人员的劳动量、提高了护理工作的效率,更重要的是使医生能够随时了解病情,当出现危机情况时可及时进行处理,提高护理质量,从而大大降低病人的死亡率,基于这些突出作用,医疗监护仪已经成为医护人员诊断、治疗和抢救病人的重要设备1。目前,在监护仪的研制生产中占主要地位的是以美国、德国为主的发达国家,相对而言国内的监护系统的科研、生产与国际先进水平相比还存在一定的差距,产品还不能满足日益增长的市场
14、需要。目前国内生产的监护仪大部分是床旁监护仪,体积大,操作复杂,只能在医院内床旁监护,不能移动;随着计算机技术的飞速发展,尤其是网络技术的普及,将多台监护系统连接成小型的网络,实现集中监护,已经成为现代化医院的一个重要标志。这样的中央监护系统,不仅可以显著减少医护人员数目,还便于病人资料的汇总和统一管理。尤其是随着医院信息管理的网络化时代的到来,中央监护系统将成为医院信息管理系统的一个站点2。1.2 监护仪概述及分类 医用监护仪能够对人体的生理参数进行长时间的连续监测,并且能够对检测结果进行储存、显示、分析、和控制,出现异常情况时能够发出报警提醒医护人员及时进行处理。从不同的角度可以对医用监护
15、仪做出不同的分类:(1)按仪器构造功能分类可分为一体式监护仪和插件式监护仪。一体式监护仪具有专用的监护参数,通过连线或其它连接管接入每台监护仪之中,它所监护的参数是固定的。而插件式监护仪每个监护参数或每组监护参数各有其一个插件,使监护仪功能扩展与升级快速、方便。这类插件可以根据临床实际的监测需要与每台医用监护仪的主机进行任意组合。同时也可在同一型号的监护仪之中相互调换使用。(2)按仪器接收方式分类可分为有线监护仪和无线遥测监护仪。有线监护仪是通过导线和导管将所监测病人的数据与主机相连接,而无线遥测医用监护仪是对病人监测的数据通过发射和接收使主机获得数据。(3)按功能分类可分为通用监护仪和专用医
16、用监护仪。通用监护仪就是床边监护仪,它在医院CCU和ICU病房中应用广泛,它只有几个最常用的监测参数如心率、心电以及无创血压。专用医用监护仪是具有特殊功能的医用监护仪,它主要针对某些疾病或是某些场所而设计和使用的医用监护仪,如手术监护仪、冠心病监护仪、心脏除颤监护仪、麻醉监护仪脑电监护仪、睡眠监护仪、危重病人监护仪、放射线治疗室监护仪、高压氧仓监护仪、24小时动态心电监护仪、24小时动态血压监护仪等。(4)按使用范围分类可分为床边监护仪、中央监护仪和离院监护仪。床边监护仪将床边的监护仪与病人连接在一起,对病人的生理和生化参数进行监测,并能显示报警或记录。中央监护仪则是由一个主监护仪与数台床边监
17、护仪组成,对多个被检测的对象的情况进行同时监护。离院监护仪一般是病人可以随身携带的小型电子监护仪,可以医院内外对病人的某种生理参数进行连续监护。(5)按监护仪的作用分类可分为纯监护仪和抢救、治疗用监护仪。纯监护仪只有监护功能,而抢救、治疗用监护仪不仅具有监护功能,还具有抢救和治疗功能的监护仪3。1.3 监护仪的发展现状及出现的问题1.3.1 监护仪的发展现状自从1903年发明第一台弦线型心电监护仪后,人们逐渐认识到监护系统在医疗领域的重要意义,对医疗监护系统的研究开始为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,监护系统得到了临床广泛的应用。进入90年代,传感技
18、术和电子技术迅猛发展,科技的发展推动了各领域科技产品的不断创新,监护仪也由过去的单一参数监护发展为多参数监护,并且监护方式也由有线的床边监护向无接触的无线方式发展。欧美和日本等国研制、生产医疗监护系统的历史较长,不仅有先进的电子设备为基础,还投入了大量资金,积累了丰富的临床应用技术,现在也开始向更加智能化和人性化的方向发展。欧洲和美国各有一个研究小组正致力于基于生物信号综合解释方法的临床数据库和专家系统的研究,把病人监护系统产生的连续数据流、化验室的化验结果、患者的既往病史、当前的监护计划和药物疗法等众多信息综合起来分析解释2。1.3.2 存在的主要问题医疗监护仪在医疗系统中的作用极为重要,但
19、是有线医疗监护仪在实际应用中也存在着很大局限性,主要体现在以下几个方面:(1)传统的监护仪大多是有线的床边监护,这就要求医生必须在病人的身边进行监护。在对病人进行长时间监护时,要求病人必须在监护病房内且不能自由走动,如果病人不是重症患者,或者正处于恢复期,本来可以自由活动,却因为这种传统的监护方式受到了本不应该受到的限制,为其带来很大的不便。(2)传统的监护仪大都功能单一,一般都是监测某一项生命体征,如果要监测病人的多项生命参数,就必须使用多台不同监护仪分别进行监测,这在临床应用过程中,也会带来诸多不便。还有,传统的医疗监护仪由于体积庞大、携带不便、功耗大等点也使得手术过程和病房的监护受到局限
20、。(3)国内传统的多参数监护仪设备技术较落后,设备的可靠性和稳定性较差。所以,传统的病房式监护手段已经越来越不能适应当今多元化、信息化、个性化的医疗监护需求7。1.4 课题的研究意义及工作安排对多参数无线医疗监护系统进行研究也就具有多方面积极的意义。首先,它可以保证医护人员对患者进行监护时,不必与其近距离接触,从而使得在对传染病患者进行监护时,大大降低了医务人员被传染的可能性;其次,当系统正在对一些非重症或处于恢复期的患者进行较长时间的连续监护时,患者可以在有效范围内自由活动,因而为其带来很大方便;还有,系统可以同时对患者的多项生理参数进行监测,这更加方便对其进行及时有效的治疗处理;此外,从发
21、展的角度来看,医疗监护产品的无线化、网络化是发展趋势,移动型和具备无线联网功能的监护产品也将成为未来市场的主流13。本课题针对以上需求,旨在研究并设计出一种功能强大、价格低廉的基于无线传感器网络的多功能自动监护系统。本文要完成的工作主要有:第1章,绪论,介绍了多功能监护系统的研究背景、分类以及发展现状和存在问题。第2章,多参数无线监护系统硬件设计,介绍了各模块的电路设计过程。第3章,无限通信模块设计,介绍了美国IEEE工作组针对于LR-WPAN(低速个人无线区域网)制定的IEEE802.15.4 协议,ZigBee标准的网络协议,CC2420芯片的介绍以及发送和接收模块电路的设计。最后,在结论
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