面向织物电极的心电采集设计与实现

发布时间：2020-10-12 21:44

　　 心电图反映人体心脏活动的状态,不仅可以用于健康管理,还能够用于心血管疾病的预防和诊断。临床上通常采用的是基于标准湿电极的12导联大型心电图仪器,需要人体以平躺的姿势测量并且按次数计费,穿戴复杂且价格昂贵。本课题提出在人体日常可穿戴下,设计和实现一个面向织物电极的采集心电信号并实时绘制心电图的系统。与标准湿电极相比,织物电极具有类似衣服的舒适感,与皮肤接触时无刺激性,同时可长期佩戴、易于拆卸,满足人体日常可穿戴需求。但是织物电极作为干电极,极易引入噪声干扰,尤其在人体动态情况下,噪声干扰更加明显。本课题设计的系统,既满足舒适性、低功耗、低成本和轻巧可穿戴的特性,也具有较好的抑制噪声能力和抗干扰能力,能够在人体日常动态下采集并绘制心电信号。针对以上目标,围绕有源织物电极、心电采集硬件平台和心电采集软件平台三个方面,开展了面向织物电极的心电采集设计与实现,主要研究工作包括:(1)设计有源织物电极。有源织物电极的设计提高了织物电极的输入阻抗和带负载能力,在抑制电极接触噪声方面有更好的表现。实验结果显示,有源织物电极与标准湿电极采集的心电信号相关性高达90%。与标准湿电极相比,有源织物电极长时间使用时性能更稳定。(2)设计心电采集硬件平台。硬件平台基于有源织物电极传感心电信号,具有高输入阻抗、高抗干扰、高共模抑制、低功耗性、小型轻巧的特点。实现了人体心电信号和惯性加速度信号的实时采集、本地存储和无线传输。(3)设计心电采集软件平台。软件平台包括底层软件和上层软件,底层软件在IAR Embedded Workbench环境下实现硬件驱动,上层软件在MATLAB GUIDE的环境下实现心电图的去噪处理和实时显示。本文提出的面向织物电极的心电采集系统,具有可拆卸、无突兀、无负坠感等可穿戴特性,同时抑制噪声能力和抗干扰性能强,能够实时采集心电信号并绘制心电图,工作时长大于24小时。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R540.41;TP274.2
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 课题的发展与现状
    1.3 课题的研究内容和组织框架
第二章 系统整体设计
    2.1 心电图相关理论
        2.1.1 心电信号的产生与特点
        2.1.2 导联位置
        2.1.3 噪声和干扰的特点
    2.2 需求分析和方案设计
        2.2.1 有源织物电极的分析与方案设计
        2.2.2 心电采集硬件平台的分析与方案设计
        2.2.3 心电采集软件平台的分析与方案设计
    2.3 本章小结
第三章 有源织物电极的设计与实现
    3.1 有源织物电极选材
    3.2 有源电路的设计与实现
        3.2.1 工作原理
        3.2.2 设计与实现
    3.3 有源织物电极的制备
        3.3.1 电极的尺寸和形状
        3.3.2 电极层次结构
        3.3.3 胸带基底的设计
        3.3.4 智能衣制备
    3.4 电极的测试和分析
        3.4.1 电极的信号测试
        3.4.2 导电性测试
        3.4.3 阻抗测试
        3.4.4 结果分析
    3.5 本章小结
第四章 心电采集平台的设计与实现
    4.1 心电采集平台硬件设计与实现
        4.1.1 芯片选型
        4.1.2 电路模块设计
        4.1.3 板级设计
        4.1.4 平台外壳和结构设计
    4.2 软件设计与实现
        4.2.1 底层软件设计
        4.2.2 上层软件设计
    4.3 本章小结
第五章 整体测试与验证
    5.1 整体测试和分析
        5.1.1 无线连接测试
        5.1.2 信号测试
        5.1.3 噪声测试
        5.1.4 日常状态测试
        5.1.5 运动状态测试
        5.1.6 功耗测试
        5.1.7 存储测试
    5.2 同类产品对比测试
    5.3 整体结果分析
    5.4 本章小结
第六章 工作总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

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本文编号：2838315