應用嵌入式系統於呼吸肌肉群訓練儀之系統開發

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姓名

張光欣(Kuang-Hsin Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

資訊工程學系在職專班

論文名稱

應用嵌入式系統於呼吸肌肉群訓練儀之系統開發
(An application of embedded system in systematic development for trainer of breathing muscle group)

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摘要(中)

肺部是人體外呼吸與內呼吸的總樞紐，在整個呼吸系統中具有非常重要的角色。當出現異常時，通常對人體健康的影響相當大。因此，肺功能檢查則是其主要檢測的指標。一般肺功能檢查會使用肺活量計來做檢測，肺活量檢測的結果會隨著身體的健康狀況而有所不同。肺活量是指儘量吸氣和儘量呼氣的最大氣量，最好是正常值的範圍之內。肺活量的正常值為預期值之80%以上，預期值則是由年齡、性別、身高對照所推算出來的一個預測數值。本研究利用可程式規劃邏輯電路結合電腦環境所開發出輕便型肺活量計，主要是利用感測器及硬體電路將呼氣的流量變化轉換成數位訊號傳送到電腦，而在電腦上利用軟體工具開發出相關的使用介面程式來計算處理量測的資料。利用此裝置可以檢測出病人的肺活量，並即時顯示呼氣時的流量變化，最後將結果顯示在螢幕上並告知病人肺功能是否正常，並提醒病患注意相關事項。且此裝置可搭配肺活量訓練器一起使用，將每次訓練時的結果記錄下來，收集每次的資料後，可進一步針對資料分析，有效掌握訓練的效果，調整所需要相對應的訓練等級。在未來人口老化的社會變遷下，遠端醫療將是醫療系統中不可或缺的服務。將結果透過電腦的網路傳送到醫生的面前，可隨時掌握病情並即時作最適當的處置，相信在未來的醫療e化下，將會是全人類的福祉。

摘要(英)

The lung is the body total pivot of breathing in inside and outside; it’s very important roles in the whole respiratory system. The general lung function review seminar uses the vital capacity to count and make measuring, the results that the vital capacity measures will be different by the health status of the body. The vital capacity of the normal value is more than 80% of expectancy value.
The expectedding value is contrasted a prediction number values calculated by the age, sex, height. This research can develop the light vital capacity by the CPLD with computer，the system work on the principle that transform the flow sensor into digital signal and deliver to computer. And we have developed the interface by the software tools in the computer that process flow data. In final, the screen will show the result of the patient’s lung function. It’s recorder the result of the training in every day.
In the future, the result of measure can be display in front of the doctor by the computer internet. It’s can control the patient’s condition and do the best. We trust the medical treatment e in the future that will all of the human happiness.

關鍵字(中)

★ 肺活量計
★ 可程式規劃邏輯電路
★ 數位訊號

關鍵字(英)

★ Spirometer
★ CPLD

論文目次

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii
ㄧ、簡介 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與重要性 2
1.3 相關研究 3
1.4 創新考量與貢獻 4
1.5 論文架構 5
二、肺容積測試 6
2.1 肺容積測試簡介 6
2.2 容積-時間測試 7
2.3 流速-容積測試（Flow-Volume Test） 7
2.4 通氣測試( Ventilation Test ) 7
2.5 擴散容量測試( Diffusion Capacity Test ) 7
2.6 關閉容積測試( Closing Volume Test ) 8
2.7 動脈血氣體試驗(Test of arterial blood gas) 8
三、相關研究 9
3.1 熱絲式流速計(Hot-wire anemometer) 9
3.2 差動式氣壓流速計(Pneumotachometer) 10
3.3 超音波流速計(Ultrasonic Flowmeter) 11
3.4 渦輪計(Turbinometer) 12
3.5 採用數位脈波式技術製作渦輪式肺活量計之理由 13
四、渦輪式數位脈波肺活量計 14
4.1 數位脈波技術 14
4.2 吹氣量測感應裝置 14
4.3 硬體電路信號轉換 16
4.3.1 硬體架構（Hardware） 16
4.3.2 VHDL(Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Description Language) 19
4.3.3 系統啟動 20
4.3.4 脈波信號處理 20
4.3.5 RS232波型產生器 21
4.3.6 計數中止區塊 22
4.3.7 RS232-Tx的資料傳輸 22
4.4 電腦軟體顯示介面 23
4.4.1 Communication Function 23
4.4.2 Volume Calculator Function 24
4.4.3 Curve Display Function 25
4.5 數位脈波式肺活量計之校正 26
4.6 數位脈波式肺活量計之校正原理 27
4.7 第一秒用力呼氣量 29
4.8 尖峰呼氣流量 29
4.9 系統雛形 29
五、實驗結果 30
六、結論與未來展望 34
參考文獻……………………………………………………………………………………. 36

參考文獻

〔1〕行政院環境保護署－空氣污染數據。
〔2〕行政院環境保護署呼吸照護手冊。
〔3〕吳英黛編著，呼吸循環系統物理治療，金名圖書，臺北縣中和市，民國92。
〔4〕高逢田撰，呼吸系統生理學，撰者，臺北市，民國46。
〔5〕邱南福，「微機電熱絲流量晶片應用於可攜式電子化呼吸流量儀之系統研發」，國立臺灣大學醫學工程學研究所，碩士論文，民國91年。
〔6〕 John G. Webster, “Measurements of the Respiratory System”, Medical Instrumentation, Application and Design, Ch.9, pp372-439, 1998.
〔7〕 King, L.V., “On the convection of heat from small cylinders in a stream of fluid: determination of the convection constants of small platinum wires, with applications to hot-wire anemometry”, Proc. R. Soc. London, 90:563-570, in J.O. Hinze, 1914.
〔8〕 Willis J. Tompkins, John G. Webster, “Interfacing Flow Sensors”, Interfacing Sensors to the IBM PC, Ch.10, pp423-462, 1994.
〔9〕 Toda,K., Sanemasa,I., Ishikawa,K., "Simple temperature compensation of thermal air-flow sensor", Sens and Actut A, 57: 197-201, 1996.
〔10〕彭俞禎著，呼吸輔助裝置作業技術規範，敎育部，臺北市，‬1999。
〔11〕吳朗著，感測器原理與應用，全華科技，臺北市，民國82。
〔12〕一之瀨昇、小林哲二合編，陳克紹、曹永偉編譯，感測器原理與應用技術，全華科技，臺北市，民國85。
〔13〕蔡忠勇、薛文彬合著 CPLD設計與應用，僑高企業，臺南市，2000。
〔14〕 Xilinx，取自http://www.digilentinc.com/Data/Products/XC2XL/XC2XL-brochure.pdf。
〔15〕 Sipex，取自http://www.sipex.com/Files/DataSheets/sp202_312e.pdf。
〔16〕劉紹漢、林灶生、劉新民編著 VHDL晶片設計，全華，臺北市，2003。
〔17〕蕭如宣編著，VHDL數位系統電路設計、儒林，臺北市，2000。
〔18〕彭明柳編著，Visual Basic 6.0中文專業版徹底研究，博碩文化，臺北縣汐止鎮，2001。

指導教授

洪炯宗(Jorng-Tzong Horng)

審核日期

2007-7-17

推文