基于盲分离提取胎儿心电的系统设计与实现

发布时间：2017-10-02 04:11

  本文关键词：基于盲分离提取胎儿心电的系统设计与实现

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【摘要】：胎儿心电信号是最能反映胎儿心脏活动全貌的生理信号。它为孕妇和胎儿的安全提供了一个重要的方法。当胎儿出现异常时,胎儿心电图形态的变化比基于超声多普勒的胎心率电子监护和胎心宫缩监护等指标的变化发生得更早、更敏感,可及时发现胎儿缺氧、脐带缠绕等妊娠期或分娩期的病理情况以便及早采取措施来保证胎儿健康,降低围产期胎儿的发病率和死亡率。为了获取胎儿的心电信号,可以采用一种非侵入式方法,在母亲腹部贴近胎儿心脏的位置放置电极,获取信噪比较高的胎儿心电信号。然而,从母亲腹部采集到的原始混叠心电信号不可避免的混叠了各种干扰和噪声,如工频干扰、基线漂移、肌电伪迹、母亲心电信号等。在这些噪声中,除了母亲心电信号以外的所有其他噪声都可以采用传统的去除噪声的方法；然而母亲心电是幅值最大的噪声,且胎儿心电信号与母亲心电信号在时间和频域上会相互叠加。因此,从腹部混合心电信号中提取出胎儿心电信号是非常困难的。本课题设计并实现一种胎儿心电信号提取系统。该系统主要包含三个部分：多通道信号采集硬件系统,心电信号分离系统以及信号显示系统。多通道信号采集硬件系统主要包括四个模块：母亲心电信号模块、腹部混合心电信号模块、胎儿心音信号模块以及嵌入式控制系统模块。由于母亲心电信号通道与腹部混合心电信号通道功能相似,实施时对二者共有的部分功能进行合并。这两部分电路主要包括模拟滤波电路和模数转化电路,对心电信号进行预处理和数字化的工作。而胎心音信号模块主要由低通滤波器、放大电路和后级处理等模拟电路组成,该模块利用控制器芯片内高度集成的ADC实现胎儿心音信号数字化。嵌入式控制系统模块的功能是响应PC上位机的命令,根据该命令实现对外围芯片的控制,并将数字化的心电信号以及心音信号通过串口传送到PC上位机。多通道信号采集硬件系统是保证系统获取清晰信号的关键。心电信号分离系统主要是在获取母亲及胎儿心电R波位置的基础上利用基于斜投影的单通道心电信号的半盲分离方法从腹部混合信号中提取胎儿心电信号。信号显示系统主要是利用ActiveX控件实现PC上位机与嵌入式控制系统模块通信并将收到的数据、分离后的母亲心电信号以及胎儿心电信号以图形的形式显示出来。
【关键词】：胎心电 信号采集 信号分离 嵌入式
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R714.5;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 胎儿心电图的临床意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.4 本文的内容和安排14-15
• 第二章 胎儿心电图生理背景15-23
• 2.1 心电图的产生原理15-17
• 2.2 心电图形态学17-19
• 2.3 心电导联19-21
• 2.4 胎儿心电信号特征分析21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 心电信号相关处理技术23-31
• 3.1 信号预处理技术23-25
• 3.1.1 滤除工频干扰23-24
• 3.1.2 抑制基线漂移24
• 3.1.3 心电信号去噪24-25
• 3.2 胎儿心电信号分离技术25-29
• 3.2.1 自适应噪声抵消技术25-26
• 3.2.2 奇异值分解26-28
• 3.2.3 盲信号分离技术28-29
• 3.3 成人心电信号QRS波群检测技术29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 多通道信号采集系统硬件设计31-49
• 4.1 母亲心电信号模块32-42
• 4.1.1 电缆屏蔽电路32-33
• 4.1.2 预处理电路33-34
• 4.1.3 工频陷波电路34-37
• 4.1.4 模数转换电路37-42
• 4.2 腹部混合心电信号模块42
• 4.3 超声多普勒胎心音信号模块42-44
• 4.3.1 低通滤波及放大电路42-43
• 4.3.2 后级处理电路43-44
• 4.4 嵌入式控制系统模块44-47
• 4.4.1 电源电路44-45
• 4.4.2 JTAG接口电路45-46
• 4.4.3 通信电路46
• 4.4.4 芯片IO口分配46-47
• 4.5 系统电源模块47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 胎儿心电提取系统软件设计49-65
• 5.1 系统软件架构设计49
• 5.2 多通道信号采集系统程序设计49-56
• 5.2.1 ADS1294初始化50-51
• 5.2.2 串口函数设计51-53
• 5.2.3 SPI函数设计53-54
• 5.2.4 外部中断服务程序54-55
• 5.2.5 数据帧封装55-56
• 5.3 PC上位机程序设计56-63
• 5.3.1 信号预处理56-58
• 5.3.2 胎儿心电信号提取58-60
• 5.3.3 串口通信及软件界面设计60-63
• 5.4 系统测试结果63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论和展望65-67
• 参考文献67-70
• 攻读学位期间的科研成果70-72
• 致谢72

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本文编号：957467