Hans Husum 在一篇 2003 年收錄於 Journal of Trauma 的文章中指出,RR 和呼吸道障礙都是受傷嚴重度與死亡的重要預測指標。 根據 David Isaacs 和 J.P. McFadden 於 BMJ 所發表的文章,以及 Thomas R. Gravelyn 於 JAMA 所發表的文章,RR 是一種有效的呼吸系統感染指標,而且適用於各種年齡層。 不過,還是需要準確的量測方式。 除了人工觀察之外,現有的 RR 量測工具是二氧化碳量測儀 (Capnography),可量測呼吸氣體內二氧化碳 (CO2) 的濃度或分壓。 波形提供了呼氣與吸氣資訊,以及動脈的吐氣末端 CO2 差異。 Jacqueline D’Mello 和 Manju Butani 在 Indian Journal of Anesthesia 主張,臨床實驗所呼出的 CO2 也反映了新陳代謝、循環、呼吸、呼吸道和呼吸系統的變化。 雖然就大多數的研究而言,二氧化碳量測儀被視為最準確的 RR 量測方式,但根據 C.V. Egleston 和 Michael C. Plewa 在 Emergency Medicine Journal 所發表的文章,這種方式其實屬於侵入式技巧。
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我們的主要專案目標就是使用 LabVIEW 和光學位移感測器,開發出無接觸的 RR 量測系統。 我們使用 NI-VISA 依序把感測器銜接至電腦, 同時透過峰值偵測演算法,判斷本端的最大值並計算 RR。 本文說明了初步研究狀況,以及採用 LabVIEW 和 NI-VISA 的硬體設定。
我們主要是量測因為呼吸活動而造成的少量胸腔位移。 我們使用 LK-G507 這種高速、高精度的光學位移雷射感測器,偵測胸壁的位移狀況。 雷射光源的長度是 650 nm,隨意產生的光點類型有助於穩定量測粗糙的表面,量測範圍介於 250 ~ 1,000 mm 之間。 取樣率為 50 kHz,準確度為 ±0.05%,可重複性則是 0.5 mm。
LK-G507 感測器 (圖 1) 會產生 0.95 MW 的光學功率 (Class II)。 使用者不可直接注視雷射光源。 這款感測器包含了電荷偶合裝置 (CCD) 感測器、鏡片和光學系統。 目標物所反射的光線會通過接收器的鏡頭,並且集中對準 CCD 感測器。 CCD 感測器會針對每個圖素,偵測光束光點的光線分佈峰值,並且判定為目標位置。 只要胸壁因為呼吸而移動位置,光線反射至 CCD 感測器的位置也會跟著變化。
位移感測器會連接至感測器控制器,並且使用 NI-VISA 依序銜接至電腦。 NI-VISA 不僅簡化了序列儀器的程式設計作業,還加快設計速度。 LabVIEW 提供的基本 VISA 函式有 VISA Open、VISA Read、VISA Write 和 VISA Close。 我們用 LabVIEW 開發出客制化軟體,以便即時呈現所擷取到的訊號、即時計算呼吸率、把資料儲存至電腦並於日後分析。 我們使用峰值偵測演算法,偵測本端光學位移波形的最大值,並且根據正峰值的差值算出瞬間 RR。 |
可攜式學生裝置是一款多功能的資料擷取與控制儀器,可協助學生隨時隨地量測與分析即時訊號,並設計實際可用的複雜系統。 |
圖 3 是資料擷取期間系統的圖形化使用者介面 (GUI),以及胸壁所反射的光學訊號。 同一個 GUI 也顯示了瞬間呼吸率,以每分鐘呼吸次數 (BPM) 為單位。
作者資訊:
Beng Gan Kok
Institute of Space Science
Faculty of Engineering & Built Environment, UKM, UKM Bangi, Selangor
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