便携式监护仪的设计与研究

发布时间：2017-07-15 19:17

  本文关键词：便携式监护仪的设计与研究

  更多相关文章： 心率监护仪 STM32 心率提取算法 心率变异性 心率分析软件

【摘要】：近年来,我国心血管疾病患者众多,并且呈增长趋势,患者的心脏活动数据可以为诊断、治疗提供重要的依据。心血管疾病患者分布全国各地,但医疗条件分布不均衡。传统的动态心电图机一般只在市级及以上医院才有配备,而且使用价格昂贵,操作专业性高,为此便携式心率监护仪具有很大的发展前景。论文主要设计一套基于脉搏测量的便携式心率监护仪,它兼具常规动态心电图机与脉搏测量仪二者的特性,不仅降低了仪器的成本,而且降低了使用难度,这将对心脏病的预防与控制产生积极的影响。论文首先对心脏的构成及其功能进行了简单介绍,分析了心电信号起因与传播方式、心电信号测量的方法、心电信号各部分的特征以及该部分所表示的生理意义。介绍了脉搏波产生的机理,并且对脉搏信号中各部分波形进行详细分析。通过脉搏波形与心电图波形之间的对比,设计了从脉搏信号中心率时间的提取算法,阐述了几类用于分析心率数据的时域指标、频域指标、以及散点图分析方法。选用Physio Bank数据库中健康人群、心脏猝死型心律衰竭患者、心律衰竭患者等几类人群的心电图数据进行数据分析,在二维散点图、三维散点图中,各类心血管疾病患者产生的图像将会呈现出明显的差异。其次,便携式监护仪需要持续长时间的数据采集,系统要求数据精度高、受到的干扰小。论文采用ST公司生产的STM32F103微处理器设计了基于脉搏信号的心率监护系统以及相对应的数据处理软件。在监护仪的硬件电路设计中,采用光电传感器外加滤波器、放大器实现了信号的采集,采用FAT文件操作系统完成了对SD卡数据的存储,选用GPRS模块实现对患者心率数据的远程监测。以ARM7硬件平台设计脉搏信号采集电路以及相应的处理电路,并且介绍了系统设计中主要的功能模块。然后,用LABVIEW设计了与便携式心率监护仪所配套的分析软件。该软件可以对原始的脉搏数据进行预处理,并且将脉搏信号数据中包含的心率数据进行提取。具有友好直观的用户操作界面,可以统计测试时间内的心跳次数,显示最快心率位置、最慢心率位置、以及几类心率变异性指标。完成了二维与三维散点图的可视化处理,可以实现多角度观察三维散点图型,在教学与临床应用上具有一定的使用价值。而且该软件操作简单,功能丰富,制作成本低廉。最后,对设计的心率监护系统进行现场测试,测试结果表明,系统可以完成对脉搏数据长时间的测量、存储及分析,并且佩戴方便、测量获取到的数据误差率低。系统性能可靠,方案可行,可以满足日常活动或者家庭生活中对用户心率监测的要求。
【关键词】：心率监护仪 STM32 心率提取算法 心率变异性 心率分析软件
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 课题研究相关的国内外现状10-14
• 1.3 课题研究的目的及意义14-15
• 1.4 论文结构安排15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 人体心电信号与脉搏信号的医学基础16-20
• 2.1 心电信号产生机理16-17
• 2.2 脉搏波产生的机理17-18
• 2.3 脉搏波形与心电图波形关联18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 便携式监护仪的总体设计20-34
• 3.1 系统设计的需求20
• 3.2 系统设计的总体方案20-23
• 3.3 便携式监护仪的硬件平台23-33
• 3.3.1 微处理器选型23-25
• 3.3.2 脉搏数据采集模块25-26
• 3.3.3 数据存储模块26-27
• 3.3.4 SD卡电路设计27-28
• 3.3.5 GPRS无线传输模块28-30
• 3.3.6 电源电路30
• 3.3.7 串口电路30-31
• 3.3.8 按键电路31
• 3.3.9 JTAG调试电路31-32
• 3.3.10 LCD接口电路32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 脉搏数据的分析方法34-46
• 4.1 脉搏数据预处理34-35
• 4.2 心率数据时域分析法35-36
• 4.3 脉搏信号的频域分析36-38
• 4.4 Lorenz散点图与心率38-42
• 4.5 心电数据库的使用42-44
• 4.6 心律失常的判别方法44-45
• 4.7 本章小结45-46
• 5 脉搏数据处理的Labview实现与结果分析46-55
• 5.1 Labview软件简介46-47
• 5.2 测试软件的设计需求47
• 5.3 脉搏数据分析软件系统设计47-54
• 5.3.1 用户界面设计48-49
• 5.3.2 脉搏数据文件读取49-50
• 5.3.3 脉搏数据的处理算法50-53
• 5.3.4 脉搏数据分析软件安装程序的生成53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 便携心率监护仪的功能测试55-60
• 6.1 系统硬件功能的测试55-57
• 6.2 系统整体功能的测试57-59
• 6.3 本章小结59-60
• 结论60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间的研究成果66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈伟伟;高润霖;刘力生;朱曼璐;王文;王拥军;吴兆苏;李惠君;郑哲;蒋立新;胡盛寿;;《中国心血管病报告2014》概要[J];中国循环杂志;2015年07期

2 吴素花;张永寿;;基于虚拟仪器的心率检测[J];中国医学装备;2015年04期

3 陈伟伟;高润霖;刘力生;朱曼璐;王文;王拥军;吴兆苏;胡盛寿;;中国心血管病报告2013概要[J];中国循环杂志;2014年07期

4 张凌飞;王圣禹;郑黄敏;王雪梅;;基于LabVIEW的人体生理参数采集系统设计[J];现代电子技术;2014年06期

5 谢冰;陈昌鑫;郑宾;;基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统设计[J];现代电子技术;2011年14期

6 张毅霞;王晓琪;关英涛;;飞行员心率变异系数的测定及其意义[J];临床军医杂志;2009年03期

7 石川;张琳娜;刘武发;;基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统的设计[J];机械设计与制造;2009年05期

8 罗小刚;张焱;彭承琳;;基于MSP430和SD卡的FAT16文件系统的设计[J];电子技术应用;2008年11期

9 王步青;王卫东;;心率变异性分析方法的研究进展[J];北京生物医学工程;2007年05期

10 杨雪;吴水才;张松;白燕萍;;家庭心电远程监护系统的应用现状及发展[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年22期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 郭维;穿戴式人体生理参数监测系统的研究与实现[D];吉林大学;2012年

2 万相奎;心电信号分析与虚拟式心电自动分析仪的开发[D];重庆大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 龚惠红;基于ARM9的远程心电监护系统研究与设计[D];中南民族大学;2009年

2 刘克钦;心率变异性与Lorenz图分析研究[D];扬州大学;2009年

3 王之华;基于LabVIEW的大型风力发电机组旋转机械的状态监测系统设计[D];上海交通大学;2009年

，

本文编号：545359