研究目的
研究开发一种非侵入式可穿戴设备,利用光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量生命体征,特别是收缩压。
研究成果
该研究通过证实参考值与估算值之间存在显著相关性(标准误差在±5毫米汞柱的目标精度范围内),验证了使用光纤光栅传感器进行无创收缩压测量的有效性。这为开发低约束、可穿戴的生命体征传感器提供了可能。未来工作应聚焦于降低身体运动影响、探索脉搏波特征的多变量分析,以及实现系统小型化以投入实际应用。
研究不足
该研究仅针对少量健康年轻男性开展,其结论难以推广至高血压患者、老年人或儿童等其他人群。测量过程要求受试者处于静息无体动状态,因此未评估运动对可穿戴设备应用的影响。传感器固定位置偏差可能导致测量误差,且采用袖带式参考方法可能无法捕捉逐搏血压变化。单纯依赖脉搏波传导时间(PTT)进行血压估算的可靠性,可能低于多变量分析方法。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量手腕和肘部两处脉搏波,基于脉搏波传导时间(PTT)计算收缩压。其原理是利用FBG传感器高灵敏度、无创性的特点实现连续生命体征监测。理论模型包括基于Moens-Korteweg方程等原理推导的PTT与收缩压关系。
2:样本选择与数据来源:
选取四名20多岁健康男性受试者(A、B、C、D),其身高、体重及年龄的平均值与标准差见表1。数据采集自手腕和肘部测量的脉搏波。
3:实验设备与材料清单:
设备包括长野计器公司的拍频FBG传感器系统(PF25-S01)、欧姆龙公司的电子血压计(HEM-1020)、用于固定传感器的医用胶带,以及美国国家仪器公司配备LabVIEW软件的数据分析电脑。材料涉及具有特定反射波长范围(如1530±0.5nm、1550±0.5nm、1560±0.5nm)的FBG传感器。
4:1)、欧姆龙公司的电子血压计(HEM-1020)、用于固定传感器的医用胶带,以及美国国家仪器公司配备LabVIEW软件的数据分析电脑。材料涉及具有特定反射波长范围(如1530±5nm、1550±5nm、1560±5nm)的FBG传感器。
实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:使用医用胶带将传感器垂直于动脉方向固定在手腕和肘部皮肤表面。通过电子血压计同步采集脉搏波与血压数据。受试者仰卧位测量以确保心脏水平对齐。原始20kHz采样数据经20点平均后以1kHz采样率降噪处理,脉搏波经0.5<f<5Hz带通滤波进行特征提取与降噪。采用二次多项式近似法进行峰值检测,PTT计算为测量期间手腕与肘部波形对应峰值的平均时间差。
5:5<f<5Hz带通滤波进行特征提取与降噪。采用二次多项式近似法进行峰值检测,PTT计算为测量期间手腕与肘部波形对应峰值的平均时间差。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:数据分析包括从滤波脉搏波计算PTT、采用留一交叉验证构建收缩压校准曲线,并将估算值与电子血压计参考值对比。统计分析包含相关系数与标准误差,目标精度为±5mmHg。上述分析均通过LabVIEW软件完成。
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