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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:潘威丞
研究生(外文):Wei-Chen Pan
論文名稱:自動心臟按摩與行動遠距醫療之系統整合
論文名稱(外文):The Integration of Automated CPR and Mobile Telemedicine Systems
指導教授:婁世亮
指導教授(外文):Shyh-Liang Lou
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:生物醫學工程研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:到院前心臟停止電動心臟按摩系統即時生理監測平台
外文關鍵詞:automated cardiopulmonary resucitation systemout-of hospital cardiac arrestreal-time bio-singal tele-monitoring system
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到院前心臟停止 (out-of-hospital cardiac arrest, OHCA)患者若有心肺復甦術之協助,病患到院後獲救以及復原之機率都可提升,雖是如此,OHCA患者到院前其生命重要訊息的先前獲得,爭取到院前救治之時效性也關係到急救的成效。本研究課題的目的是整合電動心臟按摩器和生理訊息即時監測平台成為一套功能性系統,以持續按壓,並將OHCA患者的生命重要訊息透過無線行動網路傳達至急診室,使醫護人員事前準備,達到院內與院前零距離為目標。本課題所發展的系統包含三部分: (一)電動心臟按摩系統、(二)即時生理監測平台與(三)遠端監控系統。電動心臟按摩系統由電動心臟按摩器與訊號擷取系統組成,其中訊號擷取系統包含雙極式ECG、光脈動體積描述圖與荷重元感測模組;所擷取得之訊號由藍芽傳輸至即時生理監測平台,顯示心電圖、光脈動體積描述圖與按壓訊號,其中心率、脈搏數、按壓數與血氧濃度亦一併顯示,並將患者之即時視訊與生理訊號經行動無線網路傳遞至遠端監測系統。所發展之系統驗證是在靜止和移動二種狀態進行人體量測,以之相較於市售生理監測器。在心率、脈搏與血氧濃度穩定度方面,靜止狀態可達80%以上的正確率,在移動狀態則下降至70%。在即時視訊傳輸探討方面,使用TCP (transmission control protocol) 傳輸之影像接收率近乎100%,但視訊的影像畫面更新速度較慢,實際獲偵數平均僅能達到3到4 fps (frames per second),而使用UDP (user datagram protocol) 傳輸之影像遺失雖高達17%,但實際獲偵數最低可達12 fps,最高可達24 fps。綜言之,本課題已完成電動心臟按摩器與生命重要訊息傳遞之系統整合發展,具有到院前對OHCA患者搶救黃金時間之潛能。
It is well known that out-of-hospital cardiac arrest (OHCA) patients being rushed to emergency rooms (ER) administered with cardiopulmonary resuscitation (CPR) intervention have better chance to be rescued and fully recovered after the life save. Nonetheless, pre-delivery of the patient vital signs to ER, so as the personnel having advanced preparation, is also heavily related to the rescue efficacy. This study integrated an electric-based automated CPR, a bio-signal acquisition device, a 7-inch flat panel computer and a real-time bio-signal tele-monitoring system into a functional unit. In addition to load cell graph attained during chest compression, the electrocardiogram (ECG) and photoplethysmogram (PPG) of the patient are acquired in the device and displayed in the flat panel monitor via a blue-tooth connection. The acquired ECG and PPG are calculated so that heart rate and saturation of peripheral oxygen (SpO2) are available to show on the panel monitor. Except for ECG and text data of heart rate and SpO2, via 3G (WiFi) technology the video frames of patient face are also sent to the tele-monitoring system located in a remote ER. This integrated unit was evaluated by comparison with a market device in two modes: steady and motion. In the steady mode, the delivery accuracy of heart rate and SpO2 by the unit reached to 80%. However, the accuracy was down to 70% when the measurement was performed within a car. The video frames with transmission control protocol (TCP) in both steady and motion modes were perfectly transmitted between the panel computer and the tele-monitoring system. However, the actual transmission rates of 3~4 fps (frames per second) were achieved even though 15, 24 and 30 fps were initiated. The video frame transmission rates for UDP (user datagram protocol) reached 12~24 fps. Unfortunately, the frame missing rate with this transmission protocol was about 17%. In conclusion, this study completed a combination system of an automated CPR and a bio-signal tele-medicine system, which performs chest compression and transmits vital signs of OHCA patients at the same time. It is believed that such an integrated unit has a great potential for the use in saving the patient lives.
目錄
摘要 I
Abstract II
謝誌 IV
目錄 V
圖索引 VIII
表索引 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 心臟按摩器之發展 3
1.2.2 行動通訊技術之發展 3
1.2.3 緊急遠距醫療系統之發展 5
1.3 研究動機與目的 6
1.4 論文架構 8
第二章 理論基礎 9
2.1 心電圖簡介 9
2.2 心室顫動 9
2.3 心肺復甦術 10
2.4 光體積變化描記圖 11
2.5 血氧飽和濃度 11
2.5.1 血氧濃度原理 12
2.5.2 血氧濃度計算 12
2.6 android系統 15
第三章 研究方法與材料 17
3.1 研究架構 17
3.2 電動心臟按摩系統 18
3.2.1 心電圖訊號擷取製作 19
3.2.2 load cell訊號擷取製作 26
3.2.3 PPG訊號擷取製作 28
3.2.4 韌體模組之製作 33
3.3 即時生理監測平台 36
3.3.1 硬體配備 36
3.3.2 即時分析應用程式 36
3.3.3 視訊應用程式 42
3.4 遠端監測系統 43
3.5 無線網路傳輸之實驗設計 44
3.5.1 靜止狀態量測 44
3.5.2 移動狀態量測 45
3.6 實際量測之實驗設計 46
3.7 即時影像傳輸之實驗設計 47
第四章 結果與討論 49
4.1 即時生理監測平台功能驗證 49
4.1.1 心率演算之驗證 49
4.1.2 血氧濃度之校正與驗證 50
4.2 使用者介面 51
4.2.1 即時生理監測平台介面 51
4.2.2 遠端監測系統介面 53
4.3 無線網路傳輸探討 53
4.3.1 靜止狀態量測 53
4.3.2 移動狀態量測 54
4.4 實際量測探討 58
4.5 即時影像傳輸探討 63
第五章 結論與未來展望 66
5.1 結論 66
5.2 未來展望 67
5.2.1 電動心臟按摩系統之改良 67
5.2.2 即時生理監測平台之改良 68
5.2.3 遠端監測系統之改良 68
5.2.4 實驗設計之改良 69
參考文獻 70
附錄A 文獻參考圖表 73
附錄B 理論基礎參考圖表 74
附錄C 研究方法參考圖表 78
附錄D 量測結果 81


圖索引
圖 1 1 行動通訊發展演進 4
圖 3 1 自動心臟按摩與行動遠距醫療之系統整合示意圖 17
圖 3 2 自動心臟按摩與行動遠距醫療之系統整合之研究架構 18
圖 3 3 電動心臟按摩系統架構 19
圖 3 4 ECG系統方塊圖 20
圖 3 5 高通濾波器電路圖 22
圖 3 6 二階MFB低通濾波器之電路架構 22
圖 3 7 後級放大減法電路 24
圖 3 8 ECG電路之頻寬增益與頻率響應圖 25
圖 3 9 雙極式ECG波形 25
圖 3 10 load cell訊號擷取方塊圖 26
圖 3 11 load cell電路之頻寬增益與頻率響應圖 27
圖 3 12 load cell之校正曲線圖 28
圖 3 13 心臟按摩器實際按壓之訊號波形 28
圖 3 14 血氧訊號擷取方塊圖 29
圖 3 15 血氧感測接頭之內部電路 29
圖 3 16 LED發光時序圖 30
圖 3 17 光驅動電路 30
圖 3 18 電壓隨偶器電路 30
圖 3 19 一階被動低通濾波器 31
圖 3 20 一階高通濾波器與四階低通濾波器 32
圖 3 21 差動放大器 32
圖 3 22 紅光與紅外光之PPG訊號 33
圖 3 23 韌體系統架構圖 34
圖 3 24 韌體撰寫流程 34
圖 3 25 韌體模組與即時生理監測平台之傳輸封包格式 35
圖 3 26 即時生理監測平台架構 36
圖 3 27 即時生理監測平台之訊號接收程式流程圖 38
圖 3 28 使用即時分析應用程式之訊號接收程式開啟藍芽裝置 38
圖 3 29 心率、脈博數與按壓率之演算法 40
圖 3 30 血氧濃度演算流程圖 41
圖 3 31 訊號傳輸之封包格式 42
圖 3 32 視訊程式流程圖 42
圖 3 33 遠端監控系統之程式流程圖 43
圖 3 34 即時生理監測平台之測試地點 44
圖 3 35 移動狀態量測路線圖 46
圖 3 36 影像傳輸之(a)封包格式與(b)判別方式 48
圖 4 1 自動心臟按摩與行動遠距醫療之系統整合之實照圖 49
圖 4 2 SpO2校正曲線 50
圖 4 3 即時分析與視訊APP之操作介面 52
圖 4 4 即時分析APP之顯示畫面 52
圖 4 5 遠端監測系統介面 53
圖 4 6 靜止狀態量測結果 54
圖 4 7 行經路線之涵蓋率分布 57
圖 4 8 A醫院路線之心率紀錄 57
圖 4 9 B醫院路線之心率紀錄 57
圖 4 10 量測ECG之雜訊 58
圖 4 11 心率量測結果 59
圖 4 12 脈搏數量測結果 60
圖 4 13 血氧濃度量測結果 61
圖 4 14 實際量測之靜止與移動狀態準確度比較 62
圖 4 15 使用TCP傳送之影像接收率比較 65
圖 4 16 使用UDP傳送之影像接收率比較 65
圖 5 1 網路傳輸優先順序機制 69


表索引
表 3 1 心電圖之響應特性 25
表 3 2 load cell之響應特性 27
表 4 1 移動狀態量測之結果 55
表 4 2 使用TCP傳送之結果呈現 64
表 4 3 使用UDP傳送之結果呈現 64

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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