【摘要】：針對傳統(tǒng)心電檢測系統(tǒng)存在佩戴電極不方便和電極導(dǎo)電膏易脫水等問題,在研究分析電容耦合工作原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種可穿戴容性耦合電極。針對這種可穿戴容性耦合電極,提出了一種改進(jìn)小波閾值去噪算法,該算法結(jié)合心電信號與噪聲小波系數(shù)分布特性,采用改進(jìn)閾值函數(shù)對分解后小波系數(shù)量化處理并重構(gòu)心電信號。利用MIT-BIH數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證,該算法能有效消除心電信號中的噪聲干擾,相比平滑濾波、數(shù)學(xué)形態(tài)濾波和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸庑旁氡忍岣吡?0.72%,均方誤差減小了27.29%。心電檢測實(shí)驗(yàn)表明可穿戴容性耦合心電信號檢測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測出人體心電信號主要特征。
【圖文】：

牡縲藕偶觳餳捌淙ピ胨惴ㄑ芯?但其算法計(jì)算復(fù)雜，實(shí)時(shí)處理能力差;平滑濾波算法簡單，處理速度快，但對QＲS波有較大削峰，信號衰減大。因此，本文設(shè)計(jì)了一種可穿戴容性耦合電極，并針對容性耦合電極采集心電信號易受噪聲干擾的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)小波閾值去噪方法，并對心電信號去噪結(jié)果對比分析，驗(yàn)證表明本文提出的算法去噪效果良好，檢測系統(tǒng)能準(zhǔn)確檢測出心電信號主要特征。1可穿戴心電信號檢測系統(tǒng)1．1心電信號檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)心電檢測系統(tǒng)可分為信號采集、信號放大和信號處理3個(gè)模塊［8－9］，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1可穿戴容性耦合心電信號檢測系統(tǒng)信號采集模塊包括固定在棉質(zhì)衣物上的兩個(gè)容性耦合電極，用于耦合人體皮膚表面微弱的心電信號。信號放大模塊包括前置放大電路、濾波電路和后置放大電路。前置放大電路采用差動(dòng)放大器對微弱的心電信號初步放大并且抑制共模干擾。濾波電路采用截止頻率分別為0．3Hz的高通濾波器、100Hz的低通濾波器和50Hz的陷波濾波器，分別用于抑制低頻噪聲、高頻噪聲以及差動(dòng)放大器后的工頻干擾。后置放大電路采用儀表放大器對濾波之后的心電信號放大以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的需求。信號處理模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器和上位機(jī)。微處理器采用ADuCM361芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADAS1000芯片，對心電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過藍(lán)牙DX－BT05型模塊無線傳輸心電數(shù)據(jù)到上位機(jī)，上位機(jī)通過LabVIEW編寫心電數(shù)據(jù)接收程序、改進(jìn)小波閾值去噪程序和人機(jī)交互界面程序，完成對心電數(shù)據(jù)的去噪處理和波形顯示。1．2容性耦合原理及電極設(shè)計(jì)容性耦合電極是利用電容耦合的原理，將人體皮膚和電極的極板看作耦合電容器的兩個(gè)導(dǎo)電平板，電極、衣物和人體皮膚就共同組成了一個(gè)等效的耦合電容Cs，其模型如

第1期李鴻強(qiáng)，崔佃銀等:基于容性耦合電極的可穿戴心電信號檢測及其去噪算法研究3．2可穿戴容性耦合心電檢測實(shí)驗(yàn)通過彈性帶將2個(gè)PCB板容性耦合電極固定在人體胸部心臟的兩側(cè)，容性耦合電極分別隔著厚度0．25mm、0．51mm和0．89mm的棉質(zhì)衣物下檢測心電信號，心電信號檢測實(shí)驗(yàn)平臺如圖9所示�？纱┐魅菪择詈想姌O檢測的心電信號如圖10所示。圖9心電信號檢測實(shí)驗(yàn)平臺圖10不同厚度棉質(zhì)衣物檢測的心電信號從圖10可看出隨著衣物厚度的增大，檢測到的心電信號幅值衰減嚴(yán)重，信號質(zhì)量越來越差，P波、QＲS波和T波逐漸被噪聲所淹沒，不能清晰的看出心電信號主要特征，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析的結(jié)果是相符的。考慮到可穿戴檢測系統(tǒng)的實(shí)際使用需求，需要得到清晰的心電信號，通過本文算法對圖10中的心電信號進(jìn)行去噪處理，，去噪處理后的結(jié)果如圖11所示。從圖11(a)可清晰的看出QＲS波和T波，以及微弱的P波，其信號峰峰值約為0．53V。圖11(b)可清晰的看出QＲS波和T波，但P波不可見，其信號峰峰值約為0．37V。圖11(c)可清晰看出QＲS波，P波和T波都不可見，其信號峰峰值約為0．14V。為了對比分析分別對圖10和圖11的心電信號進(jìn)行傅里葉變換求取頻譜，如圖12所示，從圖中可以看出本文算法去噪后的信號明顯消除了原始心電信號中的50Hz工頻干擾以及其他高頻噪聲干擾，從而得到干凈的心電信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的可穿戴容性耦合心電檢測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的檢測出人體心電信號的主要特征。圖11本文算法去噪處理后的心電信號4結(jié)論本文對一種可穿戴容性耦合心電信號檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究。分析電容耦合的原理，設(shè)計(jì)了一種可穿戴容性耦合電極，并針對容性耦合電極采集信號易干擾的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)小波閾值的心電去噪算法，經(jīng)本文算法去噪后?


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