基于光电容积脉搏波的心率变异度检测方法研究

发布时间：2017-05-03 19:05

  本文关键词：基于光电容积脉搏波的心率变异度检测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：心率变异（HRV）是指心脏搏动周期间的微小差异，通常指相邻心跳的R波间期的微小涨落。有研究表明，HRV的产生主要是由脑的高级神经活动以及中枢神经系统的自发性节律活动等因素对心脏自主神经系统进行调制导致的。HRV信号中包含了大量有关心血管系统的神经和体液调节信息，，通过监测病人的心率变异率信息，可以得到很多有关自主神经系统的平衡状态信息。HRV的提出和研究对于一些心血管疾病和其它相关疾病的早期诊断、治疗及预后评估具有重要的意义，HRV分析所表现出来的与其潜在的临床价值令人注目。通过近年来的研究，应用心率变异性来无创、定量地分析自主神经的功能状态已获公认。目前已有的心率变异度检测是通过心电图机，由导联电极从胸前测量心电信号，然后记录心电周期变化，这种方法费用较高、操作复杂、难以反复进行检测，不适合家庭监护。本文设计了一种简便、无创、有效且安全可靠的适合家庭监护的心率变异度检测仪，以便使用者在家中进行心率变异度的检测。 本文着眼于利用光电容积脉搏波提取心率变异度并对其进行分析，主要研究内容和成果有： 研究了脉搏波的产生和传播机理、脉搏波的信号特点；介绍了脉搏波的分析方法：时域分析方法、频域分析方法和时频分析方法并选择小波分析作为本文信号处理方法。 设计了光电容积脉搏波的硬件电路，使用光电传感器获取光电容积脉搏波，用集成化芯片OPT101并转换成电信号，然后经过低通滤波电路和放大电路进行滤波和放大处理，将处理后的信号送入MCU进一步处理。 研究了时频分析法中的小波变换法，选用bior小波对脉搏波信号进行基线漂移、工频干扰等噪声的滤除，采用三次样条小波对脉搏波信号进行分解，选取相应的层次进行重构，绘制能量值曲线，利用阈值法识别脉搏波P波波峰点，进而识别脉搏波起始点A点，最后计算出脉搏波周期。 对系统进行了测试，对采用本文方法提取的HRV信号和心电图提取的HRV信号分别进行了时域法和频域法的分析并对其结果比较分析，光电容积脉搏波法提取的心率变异度值与心电图法提取的心率变异度值各项指标误差较小，在可接受范围内，本文所述利用通过光电容积脉搏波提取心率变异度的方法具有合理性和可行性。
【关键词】：心率变异度 光电容积脉搏波 小波变换
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH776;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 选题的背景及意义9-10
• 1.1.1 选题背景9-10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 心率变异度国内外研究现状10-12
• 1.3 主要工作及论文安排12-13
• 1.4 本章小结13-15
• 第2章 脉搏波基本特性及信号处理方法15-19
• 2.1 脉搏波的产生15
• 2.2 脉搏信号的特点15-16
• 2.3 脉搏波信号处理方法16-18
• 2.3.1 脉搏波时域处理分析方法16-17
• 2.3.2 脉搏波频域处理分析方法17-18
• 2.3.3 时频联合分析法18
• 2.4 本章小结18-19
• 第3章 嵌入式硬件平台的设计19-29
• 3.1 系统的硬件整体结构设计19
• 3.2 处理器的选择19-20
• 3.3 系统的硬件电路设计方案20-27
• 3.3.1 供电电路设计20
• 3.3.2 光电脉搏传感器设计20-23
• 3.3.3 信号调理电路的设计23-26
• 3.3.4 处理器外围电路26-27
• 3.3.5 串口通信电路27
• 3.4 本章小结27-29
• 第4章 基于小波变换的光电容积脉搏波信号处理29-44
• 4.1 小波变换29-31
• 4.2 样条小波31-33
• 4.2.1 样条小波的定义31
• 4.2.2 构造样条小波31-33
• 4.3 基于小波变换的容积脉搏波去噪处理33-39
• 4.3.1 脉搏波基线漂移滤除33-36
• 4.3.2 基于小波变换的工频噪声消除36-39
• 4.4 基于小波变换的脉搏波周期检测39-43
• 4.4.1 P 波波峰点的检测方法39-41
• 4.4.2 脉搏波周期提取算法流程41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 系统测试及心率变异度分析44-58
• 5.1 系统测试44-52
• 5.2 心率变异度分析52-54
• 5.3 基于小波变换的心率变异度频域量化分析54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文63-65
• 致谢65

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