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研究生： 劉宇傑
Wu-Chieh Liu
論文名稱： 光學疊紋(Moiré)在脈搏波量測上的應用
The application of Moiré to measuring pulse wave
指導教授： 張榮森
Rong-Seng Chang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 46
中文關鍵詞： 疊紋 、脈搏波
外文關鍵詞： Moiré, pulse wave
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    • 摘要
    脈搏波(Pulse wave)在心臟血管疾病的診斷上扮演一重要的要的角色。藉由分析脈搏波波形的特徵，可以反應出一些有關心臟或血管疾病的訊息及血液的生理特性。因此，脈搏波分析應是醫學診斷上一個有用的工具。在檢測疾病方面，醫學上雖然已有許多非接觸式的檢驗方式，例如：利用X光檢驗肺結核、利用毛髮或體液檢驗DNA，但在脈搏波的檢驗上，仍須使用侵入式或接觸式的方法，才能準確量測到脈搏波的波形與頻率，經由導管插管於動脈所取得的脈搏波雖最為真實，但有安全上的顧慮。中醫以把脈的方式來檢視病人的脈搏波，則容易因醫師個人經驗不同而解釋為不同的脈像，且較為敏感的病患會因接觸式的方法而緊張影響到脈搏波。所以使用侵入式或接觸式的方法均會對待測者身心造成影響而干擾到待測者的脈搏波。而利用電子儀器來量測，若是電路設計的不好，容易有雜訊或是頻道交互干擾的產生。所以發展一套非侵入式，甚至是非接觸式的擷取方法，且能不失真地取得脈搏波，將是醫生與病人所期盼的。
    有鑑於此，本研究的目的是利用光學疊紋(Moiré)的方式，建立一套非接觸式的脈搏波量測系統。利用Moiré條紋可以放大頻率與顯示表面形變的特性，加上電腦的數據擷取與分析，用以獲得脈搏波的強弱與週期，藉此建立一套非接觸式的脈搏波量測系統。由於量測脈搏波時手部所需要的解析度不需要像檢測IC時那樣的高，且記錄脈搏波時會受到擷取儀器的解析度所限制，加上量測脈搏波必須視需要調整儀器，故在此採用陰影疊紋(shadow
    Moiré)的實驗架設方式。
    本文利用此陰影疊紋的脈搏波量測方式來實驗，確實可以準確量測出脈搏波的頻率與振幅，且透過與利用血氧飽和強度儀(Pulse oximeter)來量測脈搏波的方式比較，可以確定本文所提出的量測方式是可行且準確的。

    目錄 目錄…………………………………………………………………………i 圖表…………………………………………………………………………iii 摘要…………………………………………………………………………v 第一章、緒論………………………………………………………………1 第二章、原理………………………………………………………………4 2-1、捲積(Convolution)………………………………………………5 2-2、脈衝函數 (δ function)…………………………………………5 2-3、三角形函數(Triangle function)………………………………7 2-4、梳子函數(comb function)………………………………………8 2-5、方形函數(rectangular function)……………………………9 2-6、Moiré principles………………………………………………10 2-7、Moiré 近似表示…………………………………………………14 2-8、Shadow Moiré原理………………………………………………16 第三章、系統架構…………………………………………………………20 3-1、實驗架設方式……………………………………………………22 3-2、實驗流程…………………………………………………………23 3-3、光源校正…………………………………………………………25 3-4、Shadow Moiré與血氧儀比較方式………………………………28 3-5、數據分析方法……………………………………………………29 3-6、實驗儀器與分析軟體……………………………………………31 第四章、結果分析…………………………………………………………32 4-1、實驗結果…………………………………………………………32 4-2、Moiré與血氧儀結果比較…………………………………………39 第五章、討論與未來展望…………………………………………………43 5-1、討論………………………………………………………………43 5-2、未來展望…………………………………………………………44 參考文獻……………………………………………………………………45 圖表 圖一、脈衝函數………………………………………………………………………5 圖二、三角形函數……………………………………………………………………7 圖三、梳子函數………………………………………………………………………8 圖四、方形函數………………………………………………………………………9 圖五、Ronchi ruling grating……………………………………………………10 圖六、兩組Ronchi ruling grating夾θ角產生的Moiré條紋……………………12 圖七、Moiré條紋經過平均後的穿透率……………………………………………13 圖八、光柵相交重疊部分的局部放大圖示…………………………………………15 圖九、Shadow Moiré產生方式………………………………………………………17 圖十、待測物與前置光柵的高度差Z及前置光柵週期P的關係……………………17 圖十一、 投影式Moiré (a) 投影一光柵條紋至待測物上 (b)投影兩個光柵條紋至待測物上………………………20 圖十二、陰影式Moiré (a)α與β可亦任意調整 (b)固定α+β= 45度………………21 圖十三、實驗架構圖…………………………………………………………………22 圖十四、數據傳輸方式………………………………………………………………22 圖十五、實際量測系統設備與架設…………………………………………………23 圖十六、實驗流程圖…………………………………………………………………25 圖十七、以DV紀錄日光燈源的光強與頻率變化……………………………………26 圖十八、日光燈源的光強隨時間的變化與閃爍頻率………………………………26 圖十九、以DV紀錄本文所用燈源的光強與頻率變化………………………………27 圖二十、本文所用燈源的光強隨時間變化與閃爍頻率……………………………27 圖二十一、同時使用Moiré與Sp02方式量測實驗圖………………………………29 圖二十二、實驗結果分析流程圖……………………………………………………30 圖二十三、第0秒時固定點A與Moiré的位置………………………………………33 圖二十四、第5/30秒時固定點A與Moiré的位置……………………………………33 圖二十五、第10/30秒時固定點A與Moiré的位置…………………………………33 圖二十六、第15/30秒時固定點A與Moiré的位置…………………………………34 圖二十七、第20/30秒時固定點A與Moiré的位置…………………………………34 圖二十八、第25/30秒時固定點A與Moiré的位置…………………………………34 圖二十九、固定點A的灰階值隨時間的變化與其傅立葉頻譜……………………36 圖三十、光柵旋轉γ角度……………………………………………………………38 圖三十一、固定點A隨時間的高度變化……………………………………………39 圖三十二、(a)Moiré量測到的橈骨動脈脈搏波波形 (b)SpO2量測到的食指指尖脈搏波波形………………………………40 圖三十三、(a)Moiré量測到的橈骨動脈脈搏波頻率 (b)SpO2量測到的食指指尖脈搏波頻…………………………………41 表一、Moiré量測方式與SpO2量測方式所得到的脈搏波頻率統計比較…………42

    參考文獻
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