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動脈硬化檢測儀Arteriosclerosis detector
- 2. 大綱 • 產品規格 • 研發過程 • 成品照 • 產品和應用 • 評估方法和原理 • 系統架構方塊圖 • 前言 • 動脈硬化成因 • 衛福部統計數據
- 6. 早期預防 青壯年 老年人 家 庭 早期預防 維持健康 居家保健 量測 與 統計資料 動脈硬化檢測儀 行動裝置 電腦 應用開發 與 健康服務 產品及應用 醫材企業學術機構醫療院所 預防醫學 病理研究 應用開發 數據研究 與 追蹤 功能 • 血管健康 • 心跳資訊 • 脈搏資訊 • 健康建議
- 13. 產品規格 硬體規格 用途 PM8000血氧探頭 測量PPG AD8232 測量ECG ARM Cortex-M0 NONA130KE3BN 韌體整合控制 HC-05藍芽模組 藍芽通訊 軟體規格 用途 Keil C 韌體開發 Freemat 演算法分析 Python 演算法與即時波型分析
- 14. 研究過程
- 16. 紅外線穿透式血氧探頭 電路板 信號放大電路 隔離電路 直流隔離 電路 紅外線感測電路 PPG感測電路 低通濾波
- 17. 脈搏信號量測 信號波型手指測量
- 21. ECG電極 電極貼片 電極夾具
- 22. 讀取資料分析
- 26. 報告結束 謝謝大家
Notas del editor
- 各位主管同學大家好，我是報告人也這組的組長邱英傑，我所報告的是我與我的組員曾韋翔在過去4個月以來所共同完成的動脈硬化檢測儀
- 投影片前面一開始會講一下前言，講述”導致動脈發生的原因”，再帶大家看衛福部的數據統計，投影片中段介紹我們所做的產品以及它的應用，還有我們做這個產品的評估方法和原理，後段是我們在開發這個產品所採用的規格與研發過程，最後是我們的成品照
- 科技不斷的發展，從以前的農業社會的耕種到步入工業社會一直到現在的科技社會做辦公室，人們的生活習慣由動態轉為靜態，我們的生活模式發生改變，科技的發展也讓生活品質升，生活的步調也越來越快，所以大量地引進西方的速食文化，對我們的身體健康也帶來了一定影響
- 因此在現代少運動造成的肥胖比例增加，速食文化讓我們更易攝取多油多鹽食物和攝取過多含糖飲料，再加上本身有吸菸習慣或高血壓疾病的患者，還有外在無法改變的因素，如老化、遺傳，這些都是導致動脈硬化發生的原因
- 依據衛福部統計民國105年國人十大死因，每十萬人當中就有30.89%的人死於心臟疾病、腦血管疾病、高血壓疾病，所占的比重是相當高的，而他們的關聯性，就是動脈硬化
- 所以我們想做一個動脈硬化檢測儀，它的功能包含有量測血管健康的資訊、量測心跳心率和脈搏的資訊，以及量測出結果給予的健康建議，它可以提供給不同的族群做量測與統計資料並將資料傳至雲端，也能提供給不同的機構做數據研究與追蹤，數據也能提供給不同的平台進行應用開發與服務，再提供給消費者做使用，動脈硬化如何檢測呢?
- 動脈硬化的檢測方式，我們採用一個最多人也最普及的量測方法就是脈波傳導速度，心臟收縮傳導脈波到經血管到四肢末梢，脈波的移動速度就是我的脈波傳導速度，因此將脈波所經的距離除以脈波所花費的時間，就能計算脈波傳導速度
- 計算脈波傳導速度需要兩個技術，一個就是ECG量測心電訊號， 一個就PPG量測脈搏訊號，ECG信號是由三個電極所量測，我們可以得到這樣的心電波型，PPG信號是由紅外線穿透式感測器做量測，可以得到一個脈搏的波型，心電圖的峰值就是傳導脈波的瞬間，脈搏的起博點就是脈波到手指的瞬間，因此我們可以藉由這兩個波型計算出脈波傳導的時間差，從鎖骨中心點到手指的末梢，我就能量測脈博所經的距離，因此由這樣的方式可以計算出脈搏傳導速度
- ECG信號是由三個電極所量測，我們可以得到心電的波型， PPG信號是由紅外線穿透式感測器做量測，我們可以得到一個脈搏的波型，
- 正常的血管是軟的有彈性，會緩衝掉脈搏傳導的速度，量測到的波型時間差會比較大，血管距離是不變的，較差的血管，是硬的失去彈性，波型時間差就比較小，速度就比較快，知道這樣的關係我們就需要了解ECG與PPG的量測方式
- ECG的量測原理，是利用艾因托芬正三角形的三個肢導的量測方式，它是利用心臟收縮時傳出脈搏，同時也會在心臟左右兩側產生電位差，反映到身體表面，，使用左腿做為參考電位，量測左右手的電位差來得到心電的波型，右圖是夾三個電極的量測方式，右邊是得到的信號波型，接下來來看
- PPG的量測方式，是血管在有脈波的時候會擴張，紅血球就會增加，沒有脈波紅血球就正常，利用紅血球會吸收紅外線的特性，還沒有傳遞到脈波的血管，紅外線穿透量就比較多，有脈波紅外線穿透量就比較少，在手指兩側夾上一個紅外線穿透式的感測器，我就可以量測脈搏的信號波型
- 不是一次就得到，困難，60Hz雜訊，濾波設計重新評估驗證， 改單電源 這是我們PPG的電路設計，左上角是我們的手稿圖，再到麵包版上驗證電路設計如左下圖，我們不是一次就得到脈搏的訊號，在設計了初版電路後，我們遇到了一些困難，起初我們採用紅外線反射式感測器要想辦法從60Hz雜訊過濾出脈搏訊號，重新計算評估，後來改了單電源後
- ECG在開發的過程，也經歷過好幾次失敗，一開始拿三個OP去兜一個儀表放大器，將左右手兩邊的電極接進OP放大，結果是失敗的無法得到一心電的訊號，失敗因素很多，後來我們改採用AD620一整顆的，
- ECG的電極感測有分為兩種，量測出的信號都足夠滿足我們對波型的需求，以便利性來說的話我們選擇電極夾具，
- 我們利用ARM 整合兩個類比訊號，透過ARM的ADC將類比電壓轉為數位信號，透過UART的通訊將資料輸出電腦端錄製資料，將錄取的資料放入Excel觀察信號檢驗信號，但是不便於測試算法所以我們導入freemat，做演算法分析
- 右邊是我們在錄製的資料抓取峰值，右邊是我們的演算法， 當我們算法處理後，我們需要一個可以即時監控波型，所以導入Python介面
- 過往科技的發展總是致力於如何提高生活的品質，所以不論是在通訊、影 像、積體電路甚至是交通工具上，都有了大幅度的進步與改善，加上生活水準 相對的提高下
- 心臟本身的電位變化會經過心臟周圍的導電組織與體液反映到身體表面，運 用微電極技術紀錄心臟微小電脈衝的變化所產生的心肌細胞內外電位差，即心週 期間電位變化的紀錄，就是所謂的「心電圖(Electrocardiogram, ECG)」[3]。 所謂心電圖的導程，就是代表一個電極到另一電極之間皮膚表面電性活動的 情形，即兩端所產生的電位差稱為導程 威廉·埃因托芬 Willem Einthoven (1860-1927 )為一荷蘭生理學家，創設多種心電圖測定法， 在本世紀將向量導入心電圖學。根據 Einthoven 定律，在任何瞬間，以心臟為中 心的三角形(Einthoven 氏三角形)，三軸上的前平面心電圖向量和為零。標準雙極 肢導是 Einthoven 用來記錄額面電位的最原始的誘導。電極接於左手、右手及左 腳，為了皮膚有效的接觸必須抹上幫助導電的軟膏，將所測知結果各代表為第一 肢導（I），第二肢導（II）及第三肢導（III）。至於右腳則是把它當作接地線，對 於 ECG 的產生沒有太大的影響。但若是在有電子干擾的地區，我們則必須把地 線移到比較適合的地方[1]。
- 血管內的紅血球 紅血球的血紅素 血紅素會吸收紅外線