可穿戴血氧传感器监测系统的研究及其在物联网健康中的应用

【摘要】： 血氧饱和度作为人体健康状态的重要生理参数指标,进行长期的实时监护对人体健康状态的监测具有重大的意义。传统的血氧饱和度监测仪主要佩戴于手腕上或夹在指尖,存在体积大、穿戴舒适度差、移动性差等缺点。而目前市场上的移动医疗穿戴式设备均采用单一的传感器数据与手机、PC等通信,没有实现真正的大数据移动接入,也缺乏穿戴式设备个性化服务的设计理念。随着物联网技术的发展,将生理参数的监测接入移动物联网已经成为了一种新趋势。本文主要开展了以下内容的研究:1.研发了一套体积小、功耗低、可接入移动医疗物联网的穿戴式血氧饱和度监测系统。本文主要进行了基于医疗物联网的血氧饱和度监测系统的设计和研发,包括硬件系统搭建、系统软件设计和算法设计。考虑到低功耗、小型化设计,本文选择以BLE 4.0芯片CC2541、心率血氧芯片Max30102为硬件基础,构建基于反射式光电检测的血氧采集前端和移动中继系统;系统软件设计前端和中继分别基于IAR和Keil编译器进行了软件开发,实现了前端蓝牙与中继、中继与云的数据通信及数据交互、移动接入功能;系统能实现信号的实时显示、存储与历史数据查询等功能,满足不同人体血氧饱和度的远程、实时、长期监护的需求。2.使用数学形态学-双密度小波变换(MM-DDWT)组合滤波算法应用于脉搏波去嗓处理。对比传统小波变换、双树复小波变换阈值去噪法的去噪效果,本文创新性的使用了先利用数学形态学去除信号的基线漂移,再用双密度小波变换阈值去噪法去除噪声干扰的组合滤波算法结构。此算法能更有效地滤除脉搏波中的高频噪声信号,同时避免了传统的小波变换在去噪过程中有效信号的丢失,更多地保留了脉搏波的原始特征波形。本系统中还集成了三维加速度计,通过实验设定加速度阈值判别人体运动状态,对不同运动姿态下的血氧信号进行了分类。本系统轻巧便携、使用简单,为基于医疗物联网的血氧饱和度监测系统的设计提供了一个思路。