卧床患者褥疮预警器设计（软件部分）(附件)
由于一些脊椎受损的病人长期瘫卧在病床上，其身体与床接触的组织极其容易患得褥疮，并且褥疮治疗很难有成效，所以研究并探索褥疮的发病原理及检测预警技术，对于预防褥疮具有重大的意义。本文设计了一种针对卧床患者的基于近红外光谱法的褥疮预警系统，该系统搭建的基础是修正的朗伯-比尔定律，基本上完成了硬件的开发，软件系统的设计，信息处理及系统定标的工作，同时在KeilMDK软件上运用C语言程序设计完成软件部分的编程，经调试后本系统可以较为稳当地驱动硬件部分做出符合规程的运作。最后，通过对比实验来检测本系统的预警效果，经实验结果显示，这一款基于近红外光谱法设计的褥疮预警系统可以完成预警功能。关键词 褥疮，近红外光谱法，血氧参数，预警
目 录
1 引言 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2 课题研究的目的及内容安排 2
2 褥疮产生的机制 3
2.1 病人患得褥疮的常见原因 3
2.2 褥疮常见发病位置 4
2.3 褥疮预防办法 6
3 系统总体方案设计 7
3.1 光源方案设计 8
3.2 光电转换电路的设计 9
3.3 血氧浓度测量传感器设计 9
3.4 数据采集系统 10
4 近红外光谱法的检测原理 10
4.1 近红外光谱的原理 11
4.2 朗伯比尔定律 11
4.2.1 生物组织中的朗伯比尔定律 11
4.3 血氧检测参数及其意义 13
5 褥疮监测系统报警软件设计 14
5.1 系统初始化流程 14
5.2 血氧检测软件设计 17
5.3 报警软件程序设计 19
6 系统检测 20
7 实验结论 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附 录 25
1 引言
自从1800年 英国科学家Herschel发现了近红外光以来，国内外仁人志士就开始了对其不断的探索。美国材料与试验协会将近红外光定义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
为区域7802856nm范围内的电磁波，它是一种介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波。红外光谱分析技术因其高效，准确度高而得到了医学，农业，食品，制药，化工，纺织，机械等各个行业的广泛关注和认可。长期卧床的病人极其容易患得褥疮，经研究发现，我们可以通过使用近红外光谱法来实现预防及预警褥疮的产生。近红外光谱法是根据人体组织在近红外波段下特定的光学特点，可以对人体组织的血氧参数进行即时，持续，直接且对人体组织无危险的检测。
1.1 国内外研究现状
早在1995年，我国著名院士高峰，牛憨笨就率领西安光电精密机械研究所的可言团队与国外科研机构一同探讨并研究采用近红外光谱法对人体无创伤的检测技术；1998年，丁海曙等人在清华大学研究了近红外光子在人体的生物组织的运动路径，并做了相应的仿真模拟实验，为研究和利用近红外光谱贡献了可靠的理论支撑；2003年，天津大学林凌，谌雅琴等人在人体皮肤和肌肉组织血氧检测中利用蒙特卡罗仿真和模型试验，定量分析了实验测量结果所产生的影响，并提出了消弭这些影响的办法；2009年，北京航空航天大学李庆波等人在为了防止突发运动的干扰，提出在脉搏血氧检测的时候，采用微分阀值分段与迭代中值滤波相结合的方法，并为了消除人们周期性运动造成的运动伪差等扰动，可以在微分阀值分段与迭代中值滤波相结合方法的基础上增加一级多点移动平滑。
1950年，双光束红外光谱仪—PerkinElmer21在美国诞生了，其是由PR公司生产的，它的优点是不需要专门练习过的科学家来操作就能够很快获取光谱图，PerkinElmer21的诞生极大地增进红外光谱仪的普及。80年代后期，计算机产业高速发展，世界首台个人电脑问世，其飞速发展使得化学、医学等领域使用的测量分析仪器朝着精确数字化方向发展，化学计量法在精确提取光谱信息，减小外界的干扰等问题方面，表现出了惊人的能力，人们因近红外光谱的简单快速，无损伤，无污染分析等优点，使得其在分析测量行业获得了普遍的关注。1982年，Nellcor研制出一种能够脉搏血氧饱和度仪器N100，其由发光二极管LED，硅管组成，LED作为探测人体组织的检测光源，硅管负责接收经反射回来的光，之后通过计算机来处理采集到的信号。2002年Y.Mendelson等人研制并退出了一种多波长，具有特殊传感器结构的反射型血氧饱和检测系统。当代红外光谱仪应用傅里叶变换，不需要棱镜或者光栅分光，直接使用干涉仪得到干涉图，通过傅里叶变换把变量为时间的干涉图转换成变量为频率的光谱图。傅里叶红外光谱仪（如图11）的诞生极大地增进了红外光谱仪的发展，拓展了近红外光的应用领域，令近红外光的应用和发展产生了革命性的飞跃。
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图11 傅里叶红外光谱仪
1.2 课题研究的目的及内容安排
依据褥疮首先发生在骨隆起部位的肌肉构造，随后由深而浅向着皮肤表面发展，初期褥疮的产生必定会使人体构造内部的血氧代谢情况发生变化，从而引发氧合血红蛋白、还原血红蛋白的含量，和局部血氧饱和度的改变。因为褥疮产生的特点，本文针对长时间卧床病人，通过近红外光谱法来设计一种褥疮的预警电路，运用红外光谱法对人体进行扫描，对能量较高的化学键（CH,OH,NH）进行检测，与正常成年人在静息状态下褥疮易患组织压力前后肌肉血氧参数做对比，分析数值，来判断病人的情况，以达到预警及防范褥疮的产生。
本文主要安排：第一章简述了近红外光谱法在国内外的发展趋势，以及其在国内外的应用，并提出针对褥疮的防范预警采用近红外光谱法来实现。第二章介绍了褥疮的发病机制，及检测病人易患组织的部位。第三章研究了近红外光谱法的原理，朗伯—比尔定律及在人体组织中修正的朗伯—比尔定律。第四章进行了系统总体设计，及硬件的选择。第五章论述了采用C语言来编写系统软件部分。第六章为实验过程。
2 褥疮产生的机制
褥疮，又称为压力性溃疡，压疮。由于压力、摩擦力、剪切力这三种力致使皮肤和皮下组织的局部性损害，多发病于活动不便，脊髓损伤，重症患者及老年人，三力作用图如图21所示。通过对小鼠受压组织血氧情况的分析来看，连续的压力会造成组织内皮破坏并且影响与内皮相干的新陈代谢活动。
图21 压疮的三力作用图
目 录
1 引言 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2 课题研究的目的及内容安排 2
2 褥疮产生的机制 3
2.1 病人患得褥疮的常见原因 3
2.2 褥疮常见发病位置 4
2.3 褥疮预防办法 6
3 系统总体方案设计 7
3.1 光源方案设计 8
3.2 光电转换电路的设计 9
3.3 血氧浓度测量传感器设计 9
3.4 数据采集系统 10
4 近红外光谱法的检测原理 10
4.1 近红外光谱的原理 11
4.2 朗伯比尔定律 11
4.2.1 生物组织中的朗伯比尔定律 11
4.3 血氧检测参数及其意义 13
5 褥疮监测系统报警软件设计 14
5.1 系统初始化流程 14
5.2 血氧检测软件设计 17
5.3 报警软件程序设计 19
6 系统检测 20
7 实验结论 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附 录 25
1 引言
自从1800年 英国科学家Herschel发现了近红外光以来，国内外仁人志士就开始了对其不断的探索。美国材料与试验协会将近红外光定义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
为区域7802856nm范围内的电磁波，它是一种介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波。红外光谱分析技术因其高效，准确度高而得到了医学，农业，食品，制药，化工，纺织，机械等各个行业的广泛关注和认可。长期卧床的病人极其容易患得褥疮，经研究发现，我们可以通过使用近红外光谱法来实现预防及预警褥疮的产生。近红外光谱法是根据人体组织在近红外波段下特定的光学特点，可以对人体组织的血氧参数进行即时，持续，直接且对人体组织无危险的检测。
1.1 国内外研究现状
早在1995年，我国著名院士高峰，牛憨笨就率领西安光电精密机械研究所的可言团队与国外科研机构一同探讨并研究采用近红外光谱法对人体无创伤的检测技术；1998年，丁海曙等人在清华大学研究了近红外光子在人体的生物组织的运动路径，并做了相应的仿真模拟实验，为研究和利用近红外光谱贡献了可靠的理论支撑；2003年，天津大学林凌，谌雅琴等人在人体皮肤和肌肉组织血氧检测中利用蒙特卡罗仿真和模型试验，定量分析了实验测量结果所产生的影响，并提出了消弭这些影响的办法；2009年，北京航空航天大学李庆波等人在为了防止突发运动的干扰，提出在脉搏血氧检测的时候，采用微分阀值分段与迭代中值滤波相结合的方法，并为了消除人们周期性运动造成的运动伪差等扰动，可以在微分阀值分段与迭代中值滤波相结合方法的基础上增加一级多点移动平滑。
1950年，双光束红外光谱仪—PerkinElmer21在美国诞生了，其是由PR公司生产的，它的优点是不需要专门练习过的科学家来操作就能够很快获取光谱图，PerkinElmer21的诞生极大地增进红外光谱仪的普及。80年代后期，计算机产业高速发展，世界首台个人电脑问世，其飞速发展使得化学、医学等领域使用的测量分析仪器朝着精确数字化方向发展，化学计量法在精确提取光谱信息，减小外界的干扰等问题方面，表现出了惊人的能力，人们因近红外光谱的简单快速，无损伤，无污染分析等优点，使得其在分析测量行业获得了普遍的关注。1982年，Nellcor研制出一种能够脉搏血氧饱和度仪器N100，其由发光二极管LED，硅管组成，LED作为探测人体组织的检测光源，硅管负责接收经反射回来的光，之后通过计算机来处理采集到的信号。2002年Y.Mendelson等人研制并退出了一种多波长，具有特殊传感器结构的反射型血氧饱和检测系统。当代红外光谱仪应用傅里叶变换，不需要棱镜或者光栅分光，直接使用干涉仪得到干涉图，通过傅里叶变换把变量为时间的干涉图转换成变量为频率的光谱图。傅里叶红外光谱仪（如图11）的诞生极大地增进了红外光谱仪的发展，拓展了近红外光的应用领域，令近红外光的应用和发展产生了革命性的飞跃。
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图11 傅里叶红外光谱仪
1.2 课题研究的目的及内容安排
依据褥疮首先发生在骨隆起部位的肌肉构造，随后由深而浅向着皮肤表面发展，初期褥疮的产生必定会使人体构造内部的血氧代谢情况发生变化，从而引发氧合血红蛋白、还原血红蛋白的含量，和局部血氧饱和度的改变。因为褥疮产生的特点，本文针对长时间卧床病人，通过近红外光谱法来设计一种褥疮的预警电路，运用红外光谱法对人体进行扫描，对能量较高的化学键（CH,OH,NH）进行检测，与正常成年人在静息状态下褥疮易患组织压力前后肌肉血氧参数做对比，分析数值，来判断病人的情况，以达到预警及防范褥疮的产生。
本文主要安排：第一章简述了近红外光谱法在国内外的发展趋势，以及其在国内外的应用，并提出针对褥疮的防范预警采用近红外光谱法来实现。第二章介绍了褥疮的发病机制，及检测病人易患组织的部位。第三章研究了近红外光谱法的原理，朗伯—比尔定律及在人体组织中修正的朗伯—比尔定律。第四章进行了系统总体设计，及硬件的选择。第五章论述了采用C语言来编写系统软件部分。第六章为实验过程。
2 褥疮产生的机制
褥疮，又称为压力性溃疡，压疮。由于压力、摩擦力、剪切力这三种力致使皮肤和皮下组织的局部性损害，多发病于活动不便，脊髓损伤，重症患者及老年人，三力作用图如图21所示。通过对小鼠受压组织血氧情况的分析来看，连续的压力会造成组织内皮破坏并且影响与内皮相干的新陈代谢活动。
图21 压疮的三力作用图
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