手術(shù)中呼吸音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告

手術(shù)中呼吸音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告設(shè)計(jì)背景手術(shù)中患者的呼吸是手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的手術(shù)呼吸監(jiān)測(cè)方法主要是通過(guò)手動(dòng)觀察患者的胸部運(yùn)動(dòng)和聽(tīng)取呼吸音來(lái)判斷患者的呼吸情況。但是，這種方法存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)精度低、遲鈍度高、操作復(fù)雜和人為干擾大等方面。因此，需要開(kāi)發(fā)一種可靠、準(zhǔn)確、高效的手術(shù)呼吸音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)目標(biāo)本項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)一種基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的手術(shù)呼吸音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者呼吸的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和反饋，并具備以下功能：1.對(duì)患者的呼吸音進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理；2.利用模式識(shí)別算法對(duì)呼吸音進(jìn)行分類(lèi)并判斷患者的呼吸狀態(tài)；3.將監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)界面顯示或報(bào)警形式反饋給醫(yī)護(hù)人員；4.系統(tǒng)具備可靠性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和易用性。設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件和硬件兩個(gè)部分。軟件部分主要包括采集、處理和分類(lèi)算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；硬件部分主要包括傳感器、模擬電路、數(shù)字處理器和顯示器等硬件的選擇和接口設(shè)計(jì)。下面將分別對(duì)軟硬件部分的設(shè)計(jì)方案詳細(xì)說(shuō)明：1.軟件設(shè)計(jì)1.1采集算法設(shè)計(jì)采集算法是本系統(tǒng)的核心部分，其主要任務(wù)是對(duì)患者呼吸音進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理和濾波。本系統(tǒng)采用微型麥克風(fēng)作為呼吸音的傳感器，并通過(guò)微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和數(shù)字化處理。具體實(shí)現(xiàn)流程為：麥克風(fēng)采集模擬信號(hào)->信號(hào)放大及濾波->A/D轉(zhuǎn)換->數(shù)字濾波及預(yù)處理->存儲(chǔ)及保存。1.2處理算法設(shè)計(jì)處理算法是對(duì)呼吸音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理和特征提取的過(guò)程，其主要任務(wù)是將信號(hào)的時(shí)間域和頻域特征進(jìn)行有效的描述和分析。本系統(tǒng)采用短時(shí)傅里葉變換(STFT)方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，并提取幅值、頻率、能量等特征參數(shù)。1.3分類(lèi)算法設(shè)計(jì)分類(lèi)算法是利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法將特征參數(shù)與呼吸狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)和判斷，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)呼吸音的有效分類(lèi)和狀態(tài)識(shí)別。本系統(tǒng)采用支持向量機(jī)(SVM)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的分類(lèi)和狀態(tài)識(shí)別。具體實(shí)現(xiàn)流程為：特征提取->特征參數(shù)歸一化->樣本數(shù)據(jù)輸入->訓(xùn)練模型->測(cè)試。2.硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件部分包括傳感器、模擬電路、數(shù)字處理器和顯示器等硬件的選擇和接口設(shè)計(jì)。2.1傳感器和模擬電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用微型麥克風(fēng)作為呼吸音的傳感器，其輸出的信號(hào)較小，需要通過(guò)模擬放大器進(jìn)行放大處理。本系統(tǒng)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的模擬電路進(jìn)行信號(hào)放大和濾波處理。2.2數(shù)字處理器設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為算法的核心處理單元，其具有高速、高精度和低功耗等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320C6713DSP作為核心處理器。2.3顯示器設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的顯示器采用液晶顯示屏，顯示患者的實(shí)時(shí)呼吸狀態(tài)和警報(bào)信息等。設(shè)計(jì)進(jìn)展目前，我們已經(jīng)完成了本系統(tǒng)的軟硬件方案設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)，并已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者呼吸音的實(shí)時(shí)采