智能心肺机能测试设备的精度研究

摘 要：本研究通过对台阶实验设备进行技术升级，加装了红外传感器以控制动作质量和动作幅度的设备，以提高测试精度，减少工作人员及提高工作效率。

关键词：智能心肺； 机能测试

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2011)6-179-001

一、研究目的

台阶实验是反映人体心血管系统机能的一项实验，目前作为国民体质监测和学生体质与健康标准测试中的测试项目，与耐力跑（男1000米、女800米）一起作为耐力的选择性测试内容之一。台阶实验是记录在上下台阶后三分半钟的脉博数，一般而言，心血管机能强的心率恢复到安静时所用的时间短，所得的指数大；心血管机能弱者反之。由于选择定量负荷，所以测试的安全性相对较高，所以在国民体质测试和学生体质与健康标准的测试中开展较广。

本研究通过对传统台阶实验的设备进行自动化升级：增设位置与节奏识别设备、耳脉夹、语音提示等设备以提高测试的自动化程度，从而减少测试工作人员的工作量，并提高测试的精度和测试的效率。

二、研究方法

1.智能台阶实验设备的研制

2.实验法

2.1实验设计

2.2实验方法。实验一：使用仪器及器材：录音机1台，30次/min节拍的磁带一盘（带音乐），0.4m或0.35m高的台阶各3条，秒表9块。上下台阶结束后测试1min~1min30s、2min~2min30s、3min~3min30s3次的心率，并分别记录。

实验二：在实验一的基础上增设位置与节奏识别设备、耳脉夹、语音提示等。

台阶试验结束前10秒佩戴耳脉夹，准备在运动结束进行心率测试。记录1min~1min30s、2min~2min30s、3min~3min30s3次的心率。

2.2实验对象。大学二年级男、女生各160人，平均年龄为20.53±0.49岁和19.85±0.69岁。分别用实验一和实验二的设备进行测试，再次测试的时间间隔三天以上。

三、结果与分析

1.智能台阶设备的结构

1.1智能台阶设备的总体结构。智能台阶设备的结构，整个系统主要包括台阶、主电路板、立柱、指示盘、脉搏传感器和光电传感器组成。

1.2智能台阶设备的工作原理。测试时测试者首先站直立于台阶上，根据自己的身高调整光电传感器在立柱上的高度，由于光电传感器采用反射式，所以让传感器正好对准测试者额头时为佳。如果太高人体不能反射回光线，传感器不能对测试者上下台阶的次数进行识别，太低测试者运动不到应有的高度，起不到测试的最好效果，相应的起到了防止屈腿、弯腰等作弊现象发生。调整好高度时，指示盘上的指示灯点亮，测试者下台阶准备测试开始。这一定位过程可对在测试过程中出现屈腿、弯腰等动作进行识别。

当开始指令发出后，测试者开始根据指示盘上的节拍指示灯按照测试节拍进行上下台阶测试，同时光电传感器把测试者上下台阶的次数进行识别，通过线缆传递给单片机处理后通过线缆传递到指示盘进行显示。上下台阶次数完成时，指示盘发出停止指令，测试者在测试台旁进行脉搏测试。脉搏测试的数据通过数据线传递给计算机进行计算和处理，并存入相应测试数据库，上传给国家体质数据库或进行其他分析。

解决台阶实验用时较长的方法是：增强台阶测试设备的自动化程度，并使多人同时测试。在台阶实验设备的基础上使用语音提示功能，对被试者进行运动提示。用光电传感器对运动者上下台阶的幅度和节奏进行监控；在运动结束前佩戴耳脉夹准备进行心率的测试。省去原来的秒表。并通过上位机对下位多台ＰＣ机进行控制，实现自动化和智能化，从而使测试人员减少到一至两名，使测试效率大大提高。

2对两组台阶测试的学生成绩的分析

对三次心率和的统计与分析：从表—1的数据分析，实验一男生的三次心率之和平均为318次左右，女生的三次心率之和为313次左右；而实验二中男生三次心率之和平均为337次左右，女生的三次心率之和平均为329次左右。比较实验一和实验二的心率之和，存在着显著性差异，而且实验二的心率要高于实验的心率，这正是实验一的台阶测试指数高于实验二的原因。分析产生这种情况的原因要从台阶实验的公式入手，台阶实验的公式：〔踏台上下运动的持续时间（秒）*100〕/〔2*（3次测定脉搏的和）〕；由该公式分析，上下台阶的持续时间是180秒，作为分子，其数值固定；而作为分母的三次脉搏和可能受到测试条件的影响。在运动结束后，心率的下降速率非常快，要在很短的时间内找到脉搏，否则数据将会有很大的变化。

四、结论

1.智能台阶实验测试设备的主要技术核心是通过光电传感器实现对动作幅度与动作节奏的精确分析，使台阶实验的测试效率提高，数据的可靠性增强，从而确保国民体质监测和学生体质与健康标准测试的数据准确可靠。

2.智能台阶实验设备的能力大大提高测试工作的效率和精度，有利于群体性测试的开展。

3.智能台阶实验设备的自动化程度高，对于动作质量和节奏有“机械标准”，从而减少人员参与测试而产生的主观误差，使测试的标准性和可靠性增强。

河北省科技厅课题：编号072761749，河北省教育厅课题：编号Z2007453

参考文献：

[1]Weisman IM, Zeballos RJ. Clinical exercise testing [J]. Clin Chest Med, 2001, 22(4): 9-701. {&4+W=0n

[2]杨玉星.生物医学传感器与检测技术[M].北京：化学工业出版社,2005

[3]穆魁津,林友华.肺功能测定原理与临床应用[M].北京:北京医科大学.中国协和医科大学联合出版社,1992:170-186.dArg'Dc4

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