隨著人們生活方式的改變,中國心血管病的發(fā)病人數(shù)持續(xù)增加,且大量的心臟病突發(fā)狀況都發(fā)生在醫(yī)院外,需要尋找一種無創(chuàng)的家庭心臟監(jiān)護方法,對心臟狀態(tài)進行院外持續(xù)監(jiān)測,并提前預警心臟異常,降低突發(fā)心臟病造成的風險和損失。心沖擊信號(Ballistocardiogram,BCG)可以描述心臟收縮與血液噴射引起的身體振動,是一種可實現(xiàn)非接觸式采集的心臟生理信號。本文設計了一種基于壓電薄膜傳感器的坐式BCG信號采集系統(tǒng),實現(xiàn)心臟生理信號的非接觸式采集,并對信號進行特征提取與分析,主要工作如下:(1)依據(jù)BCG信號的產(chǎn)生原理,將壓電薄膜傳感器置于坐墊中,設計并制作由電荷放大電路、濾波電路、后級放大電路和數(shù)據(jù)采集卡組成的信號采集系統(tǒng),并同步采集心電信號(Electrocardiogram,ECG)和脈搏信號。此采集系統(tǒng)可有效采集并記錄三種心臟生理信號,具有較好的穩(wěn)定性。(2)研究了基于小波變換的BCG信號去噪方法。根據(jù)BCG信號的特點及噪聲來源,選用切比雪夫Ⅱ型IIR數(shù)字濾波器從頻域角度去除呼吸趨勢和由模擬電路與環(huán)境引入的噪聲。然后討論了小波基、分解尺度和閾值函數(shù)對小波去噪效果的影響,選用基于sym8小波基的改進閾值法對BCG信號進行小波去噪。此方法可有效去除信號采集過程中引入的噪聲,得到清晰的、符合標準BCG信號特征的波形。(3)研究了提取并分析呼吸率和BCG信號特征點的方法�；谠夹盘栔械暮粑厔莺驼：粑l率,采用低通濾波提取呼吸信號的基本波形,然后標記特征點獲得呼吸率。討論特征點標記過程中閾值選擇的方法,采用幅度和間隔閾值結合的方法精確標記BCG信號J波,然后使用極值遞推方式依次標出K、I、L波,并同理標記心電信號的QRS波群。最后計算BCG信號特征點間隔和兩種信號之間的J-R間隔,分別繪制ECG信號的R-R間期散點圖和BCG信號的J-J間期散點圖并對比。統(tǒng)計分析結果顯示,BCG信號單周期內各波段穩(wěn)定且與心電信號同步,可準確反映心動周期。(4)介紹了基于混沌理論的BCG信號非線性特性分析方法并計算特征參數(shù)。對信號進行功率譜分析,證明了BCG信號是具有確定性規(guī)律的混沌信號;采用C-C算法計算延遲時間和嵌入維數(shù),并對不同受試者的信號進行相空間重構,發(fā)現(xiàn)健康受試者相空間重構圖比異常受試者更有規(guī)律;采用G-P算法和Wolf法分別計算信號關聯(lián)維數(shù)及最大Lyapunov指數(shù),結果也驗證了健康人的BCG信號混沌性更強。(5)采用支持向量機對信號進行分類與異常識別。對比輸入不同特征向量時的異常識別率。結果顯示,加入非線性混沌特征后,信號異常識別率明顯提高。
【學位單位】：桂林電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R540.4;TN911.7
【部分圖文】：

（ｂ）村田睡眠監(jiān)護系統(tǒng)??圖１－２臥式釆集系統(tǒng)??Ｄａｖｉｄ等在２０１１年設計了—款耳掛式低功耗生理信號采集設備［２１］，如圖１－３所示，??此裝置體積較小，相比于耳包式的設備更加靈活．該組科研人員進＿步用該裝置采集??了?１３位志愿者的ＢＣＧ、脈搏波圖、ＥＣＧ３種歡號，將ＢＧＣ?？號與ＥＣＧ儕號和脈搏??分別作對比，發(fā)現(xiàn)了?ＢＣＧ傭號幅度與心輸出暈的相關性。??Ｄｅｖｉｃｅ?ｂａｃｋｓｉｄｅ：?ＥＣＧ?ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ?ａｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｉ??ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔｓ?｜｜，，??２．４ＧＨｚ?Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?｜?Ｊｆ．?？??ｍｍ??一圓??圖ｉ－３耳ｉ式ｋ集系統(tǒng)??１９９０年ｊ?Ｌｉｎｅａｒ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的Ｊｉｍ?Ｗｉｌｌｉａｍｓ第一次在他的專利畢請中描述了??立式采集ＢＣＧ信號的方法，他將采用高分辨率體重秤稱童時的運動偽影記錄下來，??提�。拢茫菐X號［２２］。２００９年，Ｓｈｉｎ使用圖１－４所示經(jīng)改造的體重稱同時采集ＢＣＧ和??ＥＣＧ信號［２３］，通過計算兩種信號的Ｒ－Ｊ間隔估計血壓并監(jiān)測心率變異性（ＨＲＶ），監(jiān)??５??

?Ｓ?１－５穿戴式采集模塊??隨著穿戴式設備的流行，研究人員開始探索ＢＣＧ稽號穿戴式設計的可行性。２００９??年，ＣｈｕｏＹ等人岡開發(fā)了圖１－５所示的可穿戴式采集裝置，該小型化硬件可貼于胸??部用于ＢＣＧ瘡號和ＥＣＧ的采集６?２０１６年，Ｊａｖａｉｄ等人岡采用多傳感器融合策略，??成功采集運動過程中的ＢＣＧ信號．，實現(xiàn)了全天候的不間斷信號采集〇??＾?ｃ?＾?Ｕ??Ｓ?１－６智能馬桶監(jiān)測系統(tǒng)??美國羅切斯特理工學院（ＲＩＴ）研究人員于２０１９年開發(fā)的＿種智能馬桶監(jiān)測系統(tǒng)??是ＢＣＧ信號在醫(yī)療監(jiān)護方面的最新應用［２７］。該系統(tǒng)可跟蹤心力衰竭患者的健康情況，??降低醫(yī)院的再入院率。該系統(tǒng)內置了三個傳感器，分別用于測暈心電圖、心沖擊圖和??光電容積描記圖（ＰＰＧ），用于計算心輸出量（ＣＯ）等心臟搏動數(shù)據(jù)。猜號采集的準??確程度可達到臨床診斷的標準＿〇這種智能馬桶座具有防水功能，使用電池供電，數(shù)據(jù)??自動上．傳到云端。??國內學者從多方面對ＢＣＧ？號進行了研宄，探索其在心臟監(jiān)測和臨床中的應用。??東北大學金晶晶［２８］

［?；??ｆ?９?ｉ??圖２－２傳感器實物圖??§２．２．２電荷放大電路??電荷放大器可以將電荷源輸出的電荷轉換為電壓信號［４９＇５Ｑ］，并且輸出電壓與輸入??電荷量成繭比，放大器的輸入阻抗較大，而輸出阻抗一般小于１００Ｑ。電荷放大器的??原理如圖２－３所示。??■?Ｒｆ??ｉ—｜?ＶＤＤ??、?ＯＰ２７??ｆ?Ｊ＿＿??Ｉ?％?＋?￣￣??膜??＿｜＿?寸??３ｄ?ＨＶＥＥ??圖２－３電荷放大器原理圖??其中＾?Ｖ。是放大電路的輸出電壓，ｑ表示放大電路的反饋電容，與傳感器的電??容組成可放大電荷的反饋回路。反饋電容與反饋電阻的取值根據(jù)實際調試過程中壓電??薄膜輸出電荷量典型值和需要的輸出電壓值決定。??實際的電荷放大器由于傳感器和傳輸導線等效電容和等效電阻的影響［５＼其實際??等效電路如圖２－４所示。??＿□—??Ｑ（＾卜化嶺１?￣＾Ａ＞?ｕ°??圖２－４電荷放大電路等效圖
【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2890521