可穿戴胎儿心电与心率监测系统研究

发布时间：2017-07-13 13:07

  本文关键词：可穿戴胎儿心电与心率监测系统研究

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【摘要】：优生优育对每个家庭都至关重要,胎儿监护可发现胎儿生长发育过程中的异常状况以便及时采取治疗,因此十分必要。目前,胎心宫缩图(CTG)是最常见的胎儿监护方法,通过分析胎心率、宫缩和胎动对胎儿健康状况进行评估。然而,CTG存在很大的主观性和过高的假阳性。而且胎心率(FHR)监护使用的技术手段也存在较多的弊端,比如系统复杂、体积过大、佩戴不便,不利长期监测等。因此,本文提出基于母亲腹部电信号提取胎儿心电信号(fECG),实现FHR监测,使得系统简化、体积变小,满足可穿戴、长期佩戴的监护需求。本文研究的主要内容如下:(1)调研目前CTG在胎儿监护方面使用的主要技术手段,以及这些技术手段存在的问题。本文首先分析母亲腹部电信号特征,然后阐述基于母亲腹部电信号提取胎儿心电信号(fECG)、以实现FHR监测的可行性。最后,对比研究此方法替代目前CTG胎儿监护的优势。(2)设计可穿戴胎儿心电采集装置。该装置采用非侵入式方式,将电极片贴在孕妇腹部,从孕妇腹部采集混叠电信号(aECG)。混叠电信号包括母亲心电信号(mECG)、胎儿心电信号(fECG)和噪声(NOISE)。混叠信号经过放大、滤波去噪、采样后,完成数据传输。为实现可穿戴,软硬件设计采取了多种措施,以达到减小硬件体积、降低系统功耗、提升续航能力的目的。(3)研究胎儿心电信号(fECG)和胎心率(FHR)提取算法。去除肌电、工频噪声和mECG,以提取fECG;检测R-R波间隔时间,进而计算胎心率(FHR)。重点研究fECG的提取算法和软件实现。由于fECG很微弱,且包含多种噪声,本文比较研究目前较为成熟的胎儿心电提取算法,针对本系统设计要求,采用Fast ICA算法提取胎儿心电信号。(4)设计Android智能手机应用软件(APP)。可穿戴式胎儿心电采集装置通过无线蓝牙通信将胎儿心电数据传送至手机APP,手机显示胎儿监护数据和曲线。
【关键词】：可穿戴式 胎儿监护 胎儿心电图 胎心率 蓝牙通信 手机APP
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274;R714.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 缩略语5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 可穿戴式胎儿监护系统研究的意义与要求8-9
• 1.2 可穿戴设备与胎儿监护发展现状9-12
• 1.3 本文主要研究的关键技术12-14
• 1.4 技术创新点14-15
• 第二章 系统方案设计15-23
• 2.1 腹部心电信号特征及胎儿心电干扰源分析15-18
• 2.2 生物电测量电极与腹部电传导系统18-21
• 2.3 系统总体设计方案21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 腹部电信号调理电路设计23-34
• 3.1 腹部电信号采集装置硬件电路方案对比23-26
• 3.1.1 腹部电信号调理电路方案对比23
• 3.1.2 心电数据采集电路关键芯片选型23-25
• 3.1.3 数据传输方案对比25-26
• 3.2 硬件系统框架26-27
• 3.3 电源管理电路27-29
• 3.4 信号采集输入前端电路29
• 3.5 仪表放大电路设计29-31
• 3.6 滤波电路设计31-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 数据采集及数据传输设计34-59
• 4.1 STM32处理器电路设计34-36
• 4.1.1 STM32芯片介绍34-35
• 4.1.2 STM32控制电路图35-36
• 4.2 ADS1298模拟数字转换电路36-38
• 4.3 基准电压电路38
• 4.4 无线蓝牙模块电路设计38-39
• 4.5 软件设计39-50
• 4.5.1 可穿戴胎儿心电信号采集装置软件设计39-44
• 4.5.2 模拟数字转换软件设计44-47
• 4.5.3 UART串口通信47-48
• 4.5.4 可穿戴胎儿心电采集装置蓝牙与手机APP蓝牙通信48-50
• 4.6 胎心率提取方法50-58
• 4.6.1 关于胎儿心电信号检测与处理的研究情况50-52
• 4.6.2 fECG信号检测与FHR计算52-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 手机APP应用程序设计59-65
• 5.1 智能Android手机系统及应用程序开发平台简介59-60
• 5.1.1 Android系统架构59
• 5.1.2 开发平台Android Studio介绍59-60
• 5.2 应用程序框图与流程图60-62
• 5.3 手机APP与蓝牙通信62
• 5.4 应用软件界面设计及操作62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 系统测试65-70
• 6.1 PCB设计65-66
• 6.1.1 原理图和PCB开发平台Altium Designer15介绍65-66
• 6.1.2 PCB设计规则66
• 6.2 信号调理电路测试66-69
• 6.3 手机APP接收蓝牙数据69
• 6.4 本章小结69-70
• 第七章 总结与展望70-73
• 7.1 本文总结70-71
• 7.2 对可穿戴胎儿监护发展的展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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本文编号：536997