采用心冲击技术的多生理信号监测系统的研制

发布时间：2020-10-29 22:41

　　 心率和血压等心脏生理指标是人们预防与诊断疾病的重要生物医学信号,目前比较常见的心脏检测主要有心电图、超声心动图和血压测量等方法。心冲击信号源自心脏的周期运动,这种周期运动使人体机体产生微弱的机械振动,并且血液沿动脉的流动可将这一机械振动信号传送至全身各部位。目前,心冲击信号能够用来测量心率,通过心冲击信号的统计特性也已经应用在心血管疾病如冠心病和室性早搏的诊断。本论文提出了一种采用心冲击技术实现人体多生理信号监测系统的解决方案,通过对心冲击信号的采集与分析,实现了对心率、血压等生理信号的连续、实时、非直接接触式监测。目前的血压测量方法,常用的包括柯氏音听诊法、示波法等都需要在手臂上缠绕气囊袖带,使被测者感觉不适。尤其是柯氏音听诊法需要由专业医护人员进行听诊操作,不适用于普通家庭的日常血压监测。最重要的是以上方法均不能实现非直接接触式、连续的测量,而连续、实时的心率和血压测量才能为相关疾病的诊疗提供准确的数据。因此探索一种能够实现连续测量心率、血压等生理信号的便携、可靠且非直接接触式的多生理信号监测系统极具研究意义。本论文首先介绍了心冲击信号如何产生并总结了其信号特点,然后设计了心冲击信号采集与提取的硬件电路并获得了理想的心冲击信号。使用S3C2440核心处理器与Linux操作系统,完成了心冲击信号波形的实时显示与心率提取。最后探索了利用心冲击信号实现连续血压测量的方案,运用了双路心冲击信号传导时间测量法,通过拟合函数,实现了非直接接触式连续血压测量功能。测量过程中通过高灵敏度压电薄膜传感器,隔着衣物通过平躺或坐靠方式就可以实现血压的连续实时测量。本文提出的利用心冲击技术实现的多生理信号监测系统的创新点在于:实现了采用心冲击信号的非直接接触式的连续血压测量以及多路心冲击信号的采集与心率提取。采用心冲击信号的非直接接触式的连续血压测量的方法还没见其他人报道,此方法具有连续、实时、非直接接触式监测等优点,特别适用于平躺诊疗中的患者和长期卧床人员以及坐轮椅人士等特殊人群的连续血压和心率的监测,同时也非常适用于普通人群的生理信号的检测,具有较强的实用价值和广泛的应用前景。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

2更准确的依据。图1.1 （左图）柯氏音听诊法测血压（右图）示波法测血压基于以上背景，本论文旨在探索一种利用心冲击信号实现的非直接接触式、连续的多生理信号的监测方法，利用这种方法可以实现连续血压测量、连续心率提取等功能。首先利用压电类传感器采集出心冲击信号波形，摆脱了佩戴电极、探头或者袖带直接接触皮肤的困扰，只需要坐在椅子上或者躺在床上，正常着衣就能实现无感觉测量。再从此心冲击信号中提取心率、血压等相关生理信息，适用于日常血压、心率的测量。对心冲击信号的采集是机械信号到电信号的转变，选择正确的压电型传感器可以避免传感器直接与被检查者皮肤接触，使信号采集时更加方便。可知心冲击信号的采集相比其他直接接触式生理信号的采集如心电信号、超声心动图信号等具有更加灵活

冲击信号的获取装置的搭建，不同的是前者倾向于利用该装置探索心脏泵血现象和心冲击信号之间的联系，而后者则更倾向于结合心冲击信号与心电信号进行心率变异性对比分析，验证心冲击信号在某些应用方面的可信度[4-5]。葡萄牙电信研究所主要成果是实现了使用一种特殊织物类型的压力传感器进行心冲击信号采集，深入研究了不同的坐姿及不同倾角对心冲击信号获取时的干扰程度[6]。德国David Friedrich 等人，在获取的心冲击信号的基础上，通过算法提取出心动周期，实现了对睡眠质量和心脏疾病的监测[11]。国外还有一些学者模拟失重环境采用一种机电型片状传感器贴在受试者胸腔外来采集心冲击信号，目的是想借助失重环境采集出不包含人体重力叠加成分的三维度的心冲击信号[10]。20 世纪 90 年代末，我国的俞梦孙院士团队研制出了一款能对微小振动信号变化监测床垫[12]，用来监测人的睡眠情况，人体的每个微小动作例如心跳都会导致床垫检测到压力的变化，这些压力变化通过后期电路处理，传输到计算机后将信号记录下来，装置示意图如图 1.2。

顾?璧牟问??缓缶??夂霞扑愕玫搅???怪怠Ｍ?2.1 系统总体设计结构示意图2.1 从心冲击信号提取心率的原理简介心脏每分钟搏动次数的统计值称之心率，依据性别、年龄、生活环境的差异都会引起心率值差异，健康人的心率是 60-100（次/分钟），女性比男性稍快，小婴儿最高在 130（次/分钟）左右，老年人则偏慢，人们处于静息和就寝时心率值会下降，高强度体力劳动者比如体育健儿心率值也会偏慢属正常现象。但是情绪兴奋或者饮酒浓茶时心率会变快，平复后回到正常范围。
【参考文献】

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1 邹向阳;苏志鹏;周小林;;嵌入式Linux睡眠监测系统的设计与实现[J];仪表技术;2015年01期

2 杨丹;徐彬;叶琳琳;金晶晶;;心脏心冲击信号降噪方法研究[J];生物医学工程学杂志;2014年06期

3 曹欣荣;刘蕾;蔡东阳;郭鹏;唐劲天;;心冲击图特征统计及其医学诊断应用[J];清华大学学报(自然科学版);2014年05期

4 曹欣荣;王昆;张晶;唐劲天;;心冲击图心率变异性分析的可行性[J];科技导报;2014年Z1期

5 凌振宝;张铭;熊文激;陈志榜;郭子钰;李肃义;;基于脉搏波传导时间的无袖带血压测量仪设计[J];电子测量与仪器学报;2012年12期

6 侯功;邓辉;;基于示波法的血压测量新方法[J];现代电子技术;2012年22期

7 李章俊;王成;朱浩;金凡;马俊领;;基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量[J];中国生物医学工程学报;2012年04期

8 王春武;王旭;龙哲;张柯欣;;基于心冲击信号的心率提取算法[J];东北大学学报(自然科学版);2012年08期

9 汪禹;;MATLAB在曲线拟合中的应用[J];科技创新与应用;2012年18期

10 王春武;王旭;龙哲;张柯欣;;坐立两便式心冲击信号检测系统设计与实现[J];东北大学学报(自然科学版);2012年06期

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1 金晶晶;心冲击图信号的无感觉检测与分析方法研究[D];东北大学　;2010年

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1 齐嘉;基于容积脉搏波的连续血压测量研究[D];天津理工大学;2017年

2 郭卉卉;心冲击伪迹抑制方法研究[D];重庆大学;2016年

3 张晶;压电薄膜式心冲击图信号采集系统的开发与应用[D];河北工业大学;2014年

4 于潇;基于脉搏波速度的无创连续血压测量系统研究[D];吉林大学;2013年

5 牛凤筠;基于PVDF压电薄膜传感器的生理信号检测系统研究[D];长春理工大学;2011年

6 曹颖鹏;基于嵌入式Linux驱动程序的研究与设计[D];西安电子科技大学;2010年

7 谢静;新型电荷放大器设计[D];西安理工大学;2008年

8 李智鹏;嵌入式Linux操作系统实时问题研究[D];湖南大学;2004年

9 周小波;嵌入式Linux操作系统及其应用研究[D];大连理工大学;2003年

本文编号：2861566