基于Android音频接口的心电监护系统研究与实现

发布时间：2020-09-27 19:14

　　心脏病是威胁我国居民生命健康的头号杀手,危害极大,给患者、家庭和社会带来沉重的负担,因此关于心脏病的预防、诊断、治疗与研究一直是医学界迫在眉睫的工作。传统心电监护使用Holter设备,由于操作繁琐、携带麻烦而难以推广到家庭的日常生活当中,因此研究体积小、便携舒适的可穿戴心电监护设备十分必要。本论文给出了一种新的移动动态心电监护系统的解决方案,满足人们对院外动态心电监护的需求,提高心脏病的检测率。本文利用软件无线电技术和Android音频接口标准设计并实现了一种可穿戴、低功耗的胸部单导联心电采集模块,实现心电信号的采集、放大与调制,并通过手机的耳机接口在手机客户端软件中进行信号采集与处理。研究并设计了 Android平台上的信号检测、变换和处理算法,实现导联脱落检测、数字解调和心电信号降噪等算法功能,将原本由微控制器实现的信号处理流程转移到Android APP软件上进行,实现了硬件功能软件化,从而降低了前端电路的设计复杂度,进而实现了低功耗、可穿戴的心电采集硬件。Android客户端软件提供了病人和医生之间的即时通信功能,病人可以随时与医生进行文字、语音、图片和视频形式的交流。用户可以登录手机客户端查看实时心电波形、管理心电数据以及导出心电分析与诊断报告。本系统结合既有的心电监护信息管理服务平台,所得的心电数据上传到远程服务器上执行进一步的数据处理和加工,最后储存在数据库中。本系统可建立家庭与医院间的全天候实时心电监护模式,达到患者无需到医院就诊就可以进行远程动态心电监护的目的。本文所设计的心电监护系统前端硬件属于可穿戴医疗设备,携带方便,操作简单,成本低廉,因而在各种应用场合都可以得到广泛应用。本文还为基于Android音频接口的通用数据采集终端提供关键算法,为可穿戴医学监护设备的研制提供技术支撑,因而具有广阔的市场发展和应用推广前景。
【学位单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

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数据处理、传输与后端分析功能，以适应多种心电监护应用场合。硬件以低功逡逑耗、低成本、可穿戴、抗干扰与可靠的电气安全性为设计原则。心电监护系统逡逑的总体结构如图２－１所示。单导联的心电模拟信号由电路模块转换成音频信号并逡逑通过耳机线传入手机，由手机内置的音频芯片采样而成的数字信号在手机上经逡逑过一系列的信号变换与处理算法的处理后，所得到的心电信号数据通过手机的逡逑４Ｇ或ＷＩＦＩ网络传送到心电监护信息管理服务平台，医生或监护人可通过ＰＣ、平逡逑板电脑或手机上的Ｗｅｂ浏览器登陆到信息平台进行心电数据查看、管理和诊断。逡逑安卓手．机（ＡＰＰ）逡逑单导联逡逑ｔ－邋．邋．７逦ｙ邋＾逦心电监护信，５、管理？务平台逡逑ｓｗ邋＾３邋ｒ邋１邋ｒ邋＾逦广、ｒ一广广、＼逡逑’．丨丨奤哪逦１１＿１乻邋幽逦／逡逑逦．ｖ’冰也－义逡逑ＰＣ／平板电脑／手ｍ邋（Ｗｅｂ浏览器）逦＼邋丨。逡逑WW W】，＇通＿逡逑｜邋Ｗｉｆｉ逡逑图２－１系统总体设计框图逡逑Ｆｉｇ２－１邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｖｅｒａｌｌ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑本系统的客户端为市场占着率份额最大的Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机，搭配一块自主逡逑设计的心电采集模块，在手机上安装自主开发的ＡＰＰ后就能进行实时心电监护。逡逑本系统的电路模块成本较低

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心电采集的过程即是从强噪声背景下提取体表电极上所拾取的生理电位信逡逑号的过程。心电信号非常微弱，幅度只有０．０５－５ｍＶ，具有不稳定性和随机性。逡逑正常心电波形如图２－２所示，主要由Ｐ波、ＱＲＳ波群、Ｔ波、Ｕ波和Ｐ－Ｒ间期、逡逑Ｑ－Ｔ间期以及Ｓ－Ｔ间期等特征构成。医生进行心脏疾病判别和诊断时，依据的是逡逑心电波形特征的异常程度，不同的心电波形特征反映了心脏各个部分的生理活逡逑动，因而不同的特征异常通常与一些特定的心脏病密切相关。例如，Ｐ波间期增逡逑大提示左心房肥大，ＱＲＳ波群延长则提示心室肥厚或预激综合征，Ｓ－Ｔ段下移则逡逑提示心肌缺血、上移则提示心肌梗死等等。逡逑逦ＨＲ邋Ｉｎｔ＾ｖａｌ—“一一逡逑ｔ逦ｉ逡逑卜网Ｈｑｒｓ卜逦＼逡逑！逦｜＿0Ｔ—Ｊ逡逑ｓ逦ｓ逡逑图２－２心电波形示意图［１４］逡逑Ｆｉｇ２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＥＣＧ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ［１４］逡逑除了从时域上考察心电波形特征以外，还可以从频域上分析心电的功率谱从逡逑而得到更多与各种心脏疾病相关的特征参数。例如，在提取Ｒ－Ｒ间期以后可以逡逑进行功率谱分析从而得到关于心率变异性方面的信息。心电信号的能量主要集逡逑７逡逑

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心电信号采集模块是一块自主设计的耳机式心电信号采集电路板，其中可逡逑分为心电信号采集前端与信号调制模块，前者实现的是心电信号采集与放大功逡逑能，后者实现的是心电信号的调制与音频信号的滤波功能。电路结构如图２＿３所逡逑示。众所周知，心电信号是一种有效信号频率覆盖ＤＣ到１００Ｈｚ范围的微弱信逡逑号，而耳机信道所能接受的信号对象仅是音频信号，其有效信号范围为２０１＾到逡逑２０ｋＨｚ。所以要通过耳机接口采集心电信号，就必须在采集前将其调制为音频范逡逑围内某个频段的带通信号，如此心电信号才能无失真地通过耳机信道。逡逑逦逦＾＾逡逑３邋３Ｖ逦５Ｖ逦５Ｖ逦３Ｖ电池丨逡逑单导联ＥＣＧ信号逦ｌｉｍｉｇｇ邋一逦古逡逑Ｉ邋；邋ｆ邋１逦电平抬信滤除高次谐d叔义襄危卞义希慑危粒睿洌颍铮椋溴迨只危殄义系髌敌藕乓唬縗l丨Ｄ：５！邋ＰＣＭ数据丨逡逑ｒ＊逡逑图２－３心电采集模块与耳机接口电路框图逡逑Ｆｉｇ２－３邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＥＣＧ邋ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ邋ｍｏｄｕｌｅ邋ａｎｄ邋ｈｅａｄｓｅｔ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑８逡逑

【参考文献】