基于多路PPG的心血管参数检测系统的设计和实现
发布时间：2022-01-08 02:38
随着经济的发展和人们生活习惯的改变,熬夜、肥胖率增高已经成为了一种常见的社会现象,这些现象导致的心血管疾病增多也引发了高度关注。如果能加强心血管疾病的预防,提早对心血管生理特征参数进行监控,就可以极大程度上减少医疗资源的浪费和患者的痛苦。本文设计的基于多路光电容积脉搏波的健康监测设备可实时获取人体多部位脉搏波信号,在提供日常的血压、心率测量基础上,还具备通常设备不具有的脉搏波传导速度测量功能,摆脱了全面的心血管检查通常在医院完成,无法走进平常社区的困境。本系统成本低廉,不需要操作人员具备专业知识,并能对心血管早期预防提供参考,具有重要的实用价值。采集的原始信号中存在噪声,在分析了常见的噪声和噪声对测量结果的影响后,本文提出了几种针对噪声的滤波方式,用不同的滤波方式对信号进行处理,通过对比和分析结果,最终选定了系统的滤波流程。针对滤波后的信号选取了波形峰值标注算法,成功提取出了心率和脉搏波传导时间参数,为后续的动脉血压定标和脉搏波波速测量打下了基础。同时,对脉搏波信号的波形形态进行了提取,对称位置波形图像的比较对于心血管阻塞的预警有着指导作用。本文的硬件部分主要实现了心电信号、脉搏波信号...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动脉硬化检测仪器
第二章光电容积脉搏波基础及相关应用9描述这种变化量的指标，同时由于心脏的活动具有周期性，PPG信号的变化也具有同样的周期特性。由于在静息状态下肌肉、骨骼和皮肤对光的吸收作用通常近似恒定，血液容积的吸收作用随心脏搏动而周期性波动。因此光电容积脉搏波波形可以分为由骨骼、肌肉和皮肤的吸收作用构成的直流分量以及由血液容积周期性变化产生的交流分量，周期性变化的交流分量频率与心率保持一致。如图2-1描述了入射光经过人体后传感器接收到的光强与人体组织的关系模型。图中0I位置以下为动脉、静脉和骨骼等其他人体组织产生的波形直流部分，其上为随时间周期性变化的动脉交流部分。图2-1人体组织对光电容积脉搏波产生的影响对脉搏波波形的研究主要是研究其交流部分，脉搏波的交流分量中包含了人体心血管健康状况的重要信息。如图2-2为一个典型的PPG信号波形，在心脏收缩时血液从心脏流入动脉导致血管绷紧，血压增高，血管内血液容积增加，此时脉搏波波形幅值增大呈现上升趋势，对应图中0t-1t的上升支；在心脏舒张时血液从动脉回流入心室血管导致血管松弛，血压降低，血管内血液容积减少，此时脉搏波波形幅值减小，对应图中1t-4t的下降支。由于心脏在舒张期间心脏射血减少导致血压降低，使得血液逆流进入心室，下降支中波形在降中峡位置2t处出现了一次回升，随后产生了图中3t时刻的波峰，即重搏波。在3t点后瓣膜关闭，血液逆回流停止，波形恢复下降趋势，直到进行下一个心脏周期。两个心脏周期波峰之间的时间间隔在生物医学工程中被称为R-R间隔，通过R-R间隔可以提取心率参数，同时它与心率变异性有着一定的相关性。人体年龄、健康状况、心血管健康程度
电子科技大学硕士学位论文10等都与脉搏波波形相关，青壮年人体的上升支和下降支斜率会更陡峭，老年人的波形斜率相对平滑，重搏点可能不明显，因此也可通过建立脉搏波波形的形态模型来分析判断人体心血管的健康程度。图2-2脉搏波波形解析2.3光电容积脉搏波的提取光电容积脉搏波测量的物理学依据是比尔-朗博定律，该定律指明了经过透明介质的光束会被吸收，传输光的波长和光传播的路程共同决定了光被吸收的比例，透明介质可以是固体、气体、分子和原子[32]。比尔-朗博定律公式如下所示：10101loglogoutinIAKbcIT(2-1)式中的A是吸光度，代表了入射光强，outI代表了出射光强，T为入射光强和出射光强的比值，即透射比，K是吸收系数，b是吸光介质的厚度，c为介质的浓度。血管中的血液数量随着心脏舒张和收缩周期性变化，吸光介质浓度c也随之产生周期性变化，吸收系数K和介质厚度b不会发生变化，因此吸光度A的变化取决于c的变化。当心脏收缩时血管中血液容积增大，对光的吸收作用增强，光的透射和反射作用较强；当心脏舒张时血管中血液容积减小，对光的吸收作用减弱，光的透射和反射作用较弱[33]。提取光电容积脉搏波需要两种光电装置，分别是光信号发射器和光信号接收器。光信号发射器的主要构成是发光二极管，通过发光二极管发出特定波长的光，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SVR的桡动脉血压预测[J]. 贵明俊,张新峰,张钊,刘晓民,王新宴. 北京生物医学工程. 2016(03)
[2]生物医学信号处理研究综述[J]. 胡广书,汪梦蝶. 数据采集与处理. 2015(05)
[3]基于小波变换和高阶PDE的图像放大算法研究[J]. 马书红. 计算机光盘软件与应用. 2014(05)
[4]光电容积脉搏波的临床应用研究及进展[J]. 朱娟,张列亮,徐磊. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(22)
[5]基于容积脉搏波的无创连续血压测量系统[J]. 梁永波,陈真诚,朱健铭,殷世民. 航天医学与医学工程. 2013(01)
[6]消除心电信号基线漂移简单方法及仿真[J]. 朱杰檀,柒惠. 医疗卫生装备. 2012(08)
[7]不同动脉段脉搏波速度的临床意义[J]. 金艳,倪朝民. 中国康复. 2011(05)
[8]2011美国心脏协会心血管病零级和一级预防价值的政策声明解读[J]. 王贵松. 中国医学前沿杂志(电子版). 2011(05)
[9]保卫心血管,从“零”开始[J]. 牛丽丽. 家庭医药. 2011(09)
[10]脉搏波传导速度（PWV）在体质综合评价中的应用[J]. 黄晖明,陶宏军,李森,许浩. 中国体育科技. 2011(04)
硕士论文
[1]基于光电容积脉搏波的穿戴式多生命体征参数采集系统[D]. 钟一舟.浙江大学 2017
[2]基于ECG信号进行心律失常及睡眠呼吸暂停综合症诊断分析[D]. 刘文娜.南京邮电大学 2015
[3]基于流形学习的卫星姿态控制系统故障检测技术研究[D]. 王涛.南京航空航天大学 2015
[4]智能养老住宅远程监控系统研究[D]. 张钧.西安建筑科技大学 2013
[5]基于脉搏波的无创血压测量方法研究[D]. 颜国栋.天津理工大学 2013
[6]基于小波变换的脉搏波传导时间的检测与应用[D]. 孙素芳.河北科技大学 2012
[7]牛乳成分含量激光检测传感技术的研究[D]. 黄很金.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3575736
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动脉硬化检测仪器
第二章光电容积脉搏波基础及相关应用9描述这种变化量的指标，同时由于心脏的活动具有周期性，PPG信号的变化也具有同样的周期特性。由于在静息状态下肌肉、骨骼和皮肤对光的吸收作用通常近似恒定，血液容积的吸收作用随心脏搏动而周期性波动。因此光电容积脉搏波波形可以分为由骨骼、肌肉和皮肤的吸收作用构成的直流分量以及由血液容积周期性变化产生的交流分量，周期性变化的交流分量频率与心率保持一致。如图2-1描述了入射光经过人体后传感器接收到的光强与人体组织的关系模型。图中0I位置以下为动脉、静脉和骨骼等其他人体组织产生的波形直流部分，其上为随时间周期性变化的动脉交流部分。图2-1人体组织对光电容积脉搏波产生的影响对脉搏波波形的研究主要是研究其交流部分，脉搏波的交流分量中包含了人体心血管健康状况的重要信息。如图2-2为一个典型的PPG信号波形，在心脏收缩时血液从心脏流入动脉导致血管绷紧，血压增高，血管内血液容积增加，此时脉搏波波形幅值增大呈现上升趋势，对应图中0t-1t的上升支；在心脏舒张时血液从动脉回流入心室血管导致血管松弛，血压降低，血管内血液容积减少，此时脉搏波波形幅值减小，对应图中1t-4t的下降支。由于心脏在舒张期间心脏射血减少导致血压降低，使得血液逆流进入心室，下降支中波形在降中峡位置2t处出现了一次回升，随后产生了图中3t时刻的波峰，即重搏波。在3t点后瓣膜关闭，血液逆回流停止，波形恢复下降趋势，直到进行下一个心脏周期。两个心脏周期波峰之间的时间间隔在生物医学工程中被称为R-R间隔，通过R-R间隔可以提取心率参数，同时它与心率变异性有着一定的相关性。人体年龄、健康状况、心血管健康程度
电子科技大学硕士学位论文10等都与脉搏波波形相关，青壮年人体的上升支和下降支斜率会更陡峭，老年人的波形斜率相对平滑，重搏点可能不明显，因此也可通过建立脉搏波波形的形态模型来分析判断人体心血管的健康程度。图2-2脉搏波波形解析2.3光电容积脉搏波的提取光电容积脉搏波测量的物理学依据是比尔-朗博定律，该定律指明了经过透明介质的光束会被吸收，传输光的波长和光传播的路程共同决定了光被吸收的比例，透明介质可以是固体、气体、分子和原子[32]。比尔-朗博定律公式如下所示：10101loglogoutinIAKbcIT(2-1)式中的A是吸光度，代表了入射光强，outI代表了出射光强，T为入射光强和出射光强的比值，即透射比，K是吸收系数，b是吸光介质的厚度，c为介质的浓度。血管中的血液数量随着心脏舒张和收缩周期性变化，吸光介质浓度c也随之产生周期性变化，吸收系数K和介质厚度b不会发生变化，因此吸光度A的变化取决于c的变化。当心脏收缩时血管中血液容积增大，对光的吸收作用增强，光的透射和反射作用较强；当心脏舒张时血管中血液容积减小，对光的吸收作用减弱，光的透射和反射作用较弱[33]。提取光电容积脉搏波需要两种光电装置，分别是光信号发射器和光信号接收器。光信号发射器的主要构成是发光二极管，通过发光二极管发出特定波长的光，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SVR的桡动脉血压预测[J]. 贵明俊,张新峰,张钊,刘晓民,王新宴. 北京生物医学工程. 2016(03)
[2]生物医学信号处理研究综述[J]. 胡广书,汪梦蝶. 数据采集与处理. 2015(05)
[3]基于小波变换和高阶PDE的图像放大算法研究[J]. 马书红. 计算机光盘软件与应用. 2014(05)
[4]光电容积脉搏波的临床应用研究及进展[J]. 朱娟,张列亮,徐磊. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(22)
[5]基于容积脉搏波的无创连续血压测量系统[J]. 梁永波,陈真诚,朱健铭,殷世民. 航天医学与医学工程. 2013(01)
[6]消除心电信号基线漂移简单方法及仿真[J]. 朱杰檀,柒惠. 医疗卫生装备. 2012(08)
[7]不同动脉段脉搏波速度的临床意义[J]. 金艳,倪朝民. 中国康复. 2011(05)
[8]2011美国心脏协会心血管病零级和一级预防价值的政策声明解读[J]. 王贵松. 中国医学前沿杂志(电子版). 2011(05)
[9]保卫心血管,从“零”开始[J]. 牛丽丽. 家庭医药. 2011(09)
[10]脉搏波传导速度（PWV）在体质综合评价中的应用[J]. 黄晖明,陶宏军,李森,许浩. 中国体育科技. 2011(04)
硕士论文
[1]基于光电容积脉搏波的穿戴式多生命体征参数采集系统[D]. 钟一舟.浙江大学 2017
[2]基于ECG信号进行心律失常及睡眠呼吸暂停综合症诊断分析[D]. 刘文娜.南京邮电大学 2015
[3]基于流形学习的卫星姿态控制系统故障检测技术研究[D]. 王涛.南京航空航天大学 2015
[4]智能养老住宅远程监控系统研究[D]. 张钧.西安建筑科技大学 2013
[5]基于脉搏波的无创血压测量方法研究[D]. 颜国栋.天津理工大学 2013
[6]基于小波变换的脉搏波传导时间的检测与应用[D]. 孙素芳.河北科技大学 2012
[7]牛乳成分含量激光检测传感技术的研究[D]. 黄很金.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3575736
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