基于多源信息融合的人体健康分析与评价技术研究
发布时间：2021-04-14 22:51
随着当今社会人们生活节奏的变快以及生活压力的增大,导致越来越多的人身体处于亚健康甚至不健康的状态。因此,人体健康监测系统在实时性、灵活性、智能化等各个方面受到了越来越多地重视。针对上述的问题,基于多源信息融合的人体健康监测系统应运而生了。在该系统的基础上,本文提出将多传感器数据融合算法应用于人体健康的分析与评价,通过多传感器采集多种人体生理参数,并将采集到的人体生理参数进行数据融合处理,最终得出人体是否健康的结论。本文搭建的系统以嵌入式ESP8266 Wi-Fi模块为硬件处理核心,利用体温传感器、血压传感器、肌电传感器和脉搏传感器组成可穿戴设备。通过佩戴可穿戴设备实现对体温、血压、肌电和脉搏4种人体生理参数的采集。单个信息源传感器的工作并不能准确地采集这几项生理参数,因此在可穿戴设备中设置多个不同生理参数传感器的信息源来采集多个部位的身体生理指标。来自多个信息源传感器的生理参数如何进行多源信息融合是本论文的一个研究重点。本文提出了一种模糊的D-S证据理论算法。其中,在特征级融合过程中,设定最优融合集,使用优化后的模糊集理论算法;在决策级融合过程中,对引起信息冲突的焦元设定不同的权重使用...
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
sEMG信号形成过程
第3章基于多源信息融合的人体健康监测系统设计14图3.1系统总体结构图3.2系统硬件设计3.2.1多传感器及其接口现在，许多先进的关于监测人体健康的新研究着重于通过设计和集成多传感器来改善生活质量[40]。这些传感器主要分为两种类型，直接接触人体组织的传感器和间接接触人体组织的传感器。对医疗人员和设备的巨大需求，导致医疗资源的短缺和医疗成本的上升，许多人负担不起许多昂贵的费用，尤其是一些需要长期监护的患者。在此监护过程中，需要定期测量的几个参数，其中体温，脉搏，血压和呼吸被称为是人体的四个主要生命体征[41]。所以研究多参数人体健康监测系统，定期监测人体的健康状况，具有重要的现实意义。多参数的设计可以使得患者得以同时监测多个的生理和医学指标，避免了单个患者同时测量多种生理指标的麻烦和测量误差，在一定的程度上节约了护理和医疗的费用[42]。在患者熟悉的互联网环境中对患者进行无线健康检测也可以有效减轻使用者的心理负担，提高了测量的效率和准确性[43]。不仅减少了医院排队的麻烦，大大节约了医疗和交通的成本[44]。对于亚健康状态人群进行多参数无线健康监测，可以尽早帮助患者发现隐性遗传疾病的早期症状，从而在一定的程度上帮助患者达到了保健和康复以及预防隐性遗传疾病的早期治疗的目的。针对于上述情况，设计了一种基于多源信息融合的人体健康监测系统，用于家庭场景的身体日常监测，真正的做到“防患于未然”。1、脉搏传感器当一定波长的光照射到了人体的组织上时，人体的组织内部吸收并逐渐减弱了光反射后，通过反射光向人体的组织内部透射的光脉冲强度，可以直接反映得出被该波长光照射组织的形态和结构特征[45]。人体的动脉象基本上都是由人体内部
齐鲁工业大学硕士学位论文15动脉的血管扩张和动脉收缩效应引起的。与其他的人体器官和动脉组织结构相比，指尖组织结构中的动脉组织分布较密集，指尖组织的结构较薄，因此通过人体手指的反射光脉冲强度较大，检测得到的反射光采集的脉冲强度数据越精确。因此，在一定频率波长的光源照射下，通过人体的手指可以检测到反射光的脉冲强度，可以间接测量得出人体的脉冲强度等信息。该脉搏波传感器由红外脉搏波发光二极管和红外光电波曲线晶体管两部分组成[46]。该传感器采用GaAs红外脉搏波发光二极管元件作为主要的发光源，可以有效抑制晶体管在呼吸和腹部运动时所引起的红外脉搏光电波曲线的漂移。通过光电晶体管在红外光的直接照射下产生的电能，将光的发射信号转换成红外电信号。在这个传感器的设计中，光电晶体管和带有红外线传感器的发光二极体面对面进行放置，以获得最佳的发光方向和运动特性。红外脉搏波曲线传感器的结构图设计如图3.2所示。图3.2脉搏传感器结构图2、肌电传感器sEMG脉冲肌电传感器通过测量电势来直接测量肌肉的神经激活和兴奋程度。它的两端可以分别输出原始肌电信号和红外脉冲肌电信号。该传感器系统不需要直接输出sEMG的原始信号，而是输出经过处理后的脉冲数字肌电信号。对于输出的脉冲肌电信号可以执行相应的信号放大和滤波。脉冲肌电信号经过放大后，使用ESP8266的A/D转换实现模数转换，可以轻松直观地检测sEMG信号的数字值。肌电传感器电路板布局图如图3.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机和APP的健康监测系统[J]. 谭国良,余江,方世豪,李键,黄梓锋,刘永泽,黄永辉. 南方农机. 2020(05)
[2]基于STM32的智能心电采集和传输系统[J]. 王立刚. 物联网技术. 2019(11)
[3]基于多传感器信息融合的物流机器人导航定位技术研究[J]. 吴吉明. 安阳师范学院学报. 2019(05)
[4]面向健康物联网的非接触式连续心电监测系统[J]. 顾东袁,傅晓婕,杨东勇,李志中,卢瑾. 传感技术学报. 2019(08)
[5]多传感器信息融合技术在机器人系统中的应用研究[J]. 王强,沈涛,郭超. 科技风. 2019(24)
[6]基于多传感器数据融合算法的智能健康监测坐椅系统设计与研究[J]. 常菁,冯锋. 电子测试. 2019(11)
[7]脉搏传感器应用的研究进展[J]. 朱耀斌,李志强,丁楠,伊寒露,沈磊,赵宇东,叶赞凯,张金蕊. 中华实用诊断与治疗杂志. 2019(03)
[8]基于物联网的老年人及婴儿健康监控系统的设计与实现[J]. 陈飞龙,蔡春晓,周剑荣,温悦,刘子豪. 科技视界. 2018(18)
[9]面向智能社区的人体健康系统设计与实现[J]. 姚佳俊,姚凯学,何勇. 计算机测量与控制. 2017(11)
[10]基于STM32的表面肌电采集系统的实现[J]. 朱安阳,徐秀林. 制造业自动化. 2017(07)
博士论文
[1]无线传感器网络路由协议及数据融合技术研究[D]. 郭新.华南理工大学 2013
[2]复杂环境下目标识别的智能数据融合技术研究[D]. 蒲书缙.哈尔滨工程大学 2006
[3]多传感器状态融合估计理论与应用研究[D]. 金学波.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于D-S证据理论和SVM的多传感器信息融合算法研究[D]. 廉伟健.吉林大学 2019
[2]基于Spring的健康服务云平台医生端的设计与实现[D]. 王玉龙.北京交通大学 2019
[3]多传感器信息融合的智能火灾探测系统开发与研究[D]. 钟铭.燕山大学 2019
[4]表面肌电信号分析及辅助康复训练系统设计[D]. 李梦楠.河北大学 2017
[5]人体亚健康状态评估系统的设计与实现[D]. 刘宇.东北大学 2016
[6]基于DS证据理论的多传感器数据融合算法研究与应用[D]. 王力.太原理工大学 2015
[7]Android手机远程控制系统的研究与实现[D]. 郭猛.山东大学 2015
[8]基于数据融合的智慧养老医疗健康系统的研究与实现[D]. 蒋鸿.南京邮电大学 2015
[9]基于可穿戴技术的信息处理与数据融合算法研究[D]. 赵婧.北京服装学院 2015
[10]线性回归模型的总体最小二乘平差算法及其应用研究[D]. 汪奇生.昆明理工大学 2014
本文编号：3138158
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
sEMG信号形成过程
第3章基于多源信息融合的人体健康监测系统设计14图3.1系统总体结构图3.2系统硬件设计3.2.1多传感器及其接口现在，许多先进的关于监测人体健康的新研究着重于通过设计和集成多传感器来改善生活质量[40]。这些传感器主要分为两种类型，直接接触人体组织的传感器和间接接触人体组织的传感器。对医疗人员和设备的巨大需求，导致医疗资源的短缺和医疗成本的上升，许多人负担不起许多昂贵的费用，尤其是一些需要长期监护的患者。在此监护过程中，需要定期测量的几个参数，其中体温，脉搏，血压和呼吸被称为是人体的四个主要生命体征[41]。所以研究多参数人体健康监测系统，定期监测人体的健康状况，具有重要的现实意义。多参数的设计可以使得患者得以同时监测多个的生理和医学指标，避免了单个患者同时测量多种生理指标的麻烦和测量误差，在一定的程度上节约了护理和医疗的费用[42]。在患者熟悉的互联网环境中对患者进行无线健康检测也可以有效减轻使用者的心理负担，提高了测量的效率和准确性[43]。不仅减少了医院排队的麻烦，大大节约了医疗和交通的成本[44]。对于亚健康状态人群进行多参数无线健康监测，可以尽早帮助患者发现隐性遗传疾病的早期症状，从而在一定的程度上帮助患者达到了保健和康复以及预防隐性遗传疾病的早期治疗的目的。针对于上述情况，设计了一种基于多源信息融合的人体健康监测系统，用于家庭场景的身体日常监测，真正的做到“防患于未然”。1、脉搏传感器当一定波长的光照射到了人体的组织上时，人体的组织内部吸收并逐渐减弱了光反射后，通过反射光向人体的组织内部透射的光脉冲强度，可以直接反映得出被该波长光照射组织的形态和结构特征[45]。人体的动脉象基本上都是由人体内部
齐鲁工业大学硕士学位论文15动脉的血管扩张和动脉收缩效应引起的。与其他的人体器官和动脉组织结构相比，指尖组织结构中的动脉组织分布较密集，指尖组织的结构较薄，因此通过人体手指的反射光脉冲强度较大，检测得到的反射光采集的脉冲强度数据越精确。因此，在一定频率波长的光源照射下，通过人体的手指可以检测到反射光的脉冲强度，可以间接测量得出人体的脉冲强度等信息。该脉搏波传感器由红外脉搏波发光二极管和红外光电波曲线晶体管两部分组成[46]。该传感器采用GaAs红外脉搏波发光二极管元件作为主要的发光源，可以有效抑制晶体管在呼吸和腹部运动时所引起的红外脉搏光电波曲线的漂移。通过光电晶体管在红外光的直接照射下产生的电能，将光的发射信号转换成红外电信号。在这个传感器的设计中，光电晶体管和带有红外线传感器的发光二极体面对面进行放置，以获得最佳的发光方向和运动特性。红外脉搏波曲线传感器的结构图设计如图3.2所示。图3.2脉搏传感器结构图2、肌电传感器sEMG脉冲肌电传感器通过测量电势来直接测量肌肉的神经激活和兴奋程度。它的两端可以分别输出原始肌电信号和红外脉冲肌电信号。该传感器系统不需要直接输出sEMG的原始信号，而是输出经过处理后的脉冲数字肌电信号。对于输出的脉冲肌电信号可以执行相应的信号放大和滤波。脉冲肌电信号经过放大后，使用ESP8266的A/D转换实现模数转换，可以轻松直观地检测sEMG信号的数字值。肌电传感器电路板布局图如图3.3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机和APP的健康监测系统[J]. 谭国良,余江,方世豪,李键,黄梓锋,刘永泽,黄永辉. 南方农机. 2020(05)
[2]基于STM32的智能心电采集和传输系统[J]. 王立刚. 物联网技术. 2019(11)
[3]基于多传感器信息融合的物流机器人导航定位技术研究[J]. 吴吉明. 安阳师范学院学报. 2019(05)
[4]面向健康物联网的非接触式连续心电监测系统[J]. 顾东袁,傅晓婕,杨东勇,李志中,卢瑾. 传感技术学报. 2019(08)
[5]多传感器信息融合技术在机器人系统中的应用研究[J]. 王强,沈涛,郭超. 科技风. 2019(24)
[6]基于多传感器数据融合算法的智能健康监测坐椅系统设计与研究[J]. 常菁,冯锋. 电子测试. 2019(11)
[7]脉搏传感器应用的研究进展[J]. 朱耀斌,李志强,丁楠,伊寒露,沈磊,赵宇东,叶赞凯,张金蕊. 中华实用诊断与治疗杂志. 2019(03)
[8]基于物联网的老年人及婴儿健康监控系统的设计与实现[J]. 陈飞龙,蔡春晓,周剑荣,温悦,刘子豪. 科技视界. 2018(18)
[9]面向智能社区的人体健康系统设计与实现[J]. 姚佳俊,姚凯学,何勇. 计算机测量与控制. 2017(11)
[10]基于STM32的表面肌电采集系统的实现[J]. 朱安阳,徐秀林. 制造业自动化. 2017(07)
博士论文
[1]无线传感器网络路由协议及数据融合技术研究[D]. 郭新.华南理工大学 2013
[2]复杂环境下目标识别的智能数据融合技术研究[D]. 蒲书缙.哈尔滨工程大学 2006
[3]多传感器状态融合估计理论与应用研究[D]. 金学波.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于D-S证据理论和SVM的多传感器信息融合算法研究[D]. 廉伟健.吉林大学 2019
[2]基于Spring的健康服务云平台医生端的设计与实现[D]. 王玉龙.北京交通大学 2019
[3]多传感器信息融合的智能火灾探测系统开发与研究[D]. 钟铭.燕山大学 2019
[4]表面肌电信号分析及辅助康复训练系统设计[D]. 李梦楠.河北大学 2017
[5]人体亚健康状态评估系统的设计与实现[D]. 刘宇.东北大学 2016
[6]基于DS证据理论的多传感器数据融合算法研究与应用[D]. 王力.太原理工大学 2015
[7]Android手机远程控制系统的研究与实现[D]. 郭猛.山东大学 2015
[8]基于数据融合的智慧养老医疗健康系统的研究与实现[D]. 蒋鸿.南京邮电大学 2015
[9]基于可穿戴技术的信息处理与数据融合算法研究[D]. 赵婧.北京服装学院 2015
[10]线性回归模型的总体最小二乘平差算法及其应用研究[D]. 汪奇生.昆明理工大学 2014
本文编号：3138158
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