心冲击信号的心跳尖峰间隔提取与优化

发布时间：2020-07-16 02:10

【摘要】：许多医疗保健应用需要使用心率信号的瞬时频率,其可靠度和准确性至关重要。现有的医疗行业中,主流的心功能检测设备大都存在一个共同的缺陷:需要专业人员在专业的设备上进行繁琐的操作,并且将电极直接安装在患者身体的固定部位上。所以把心功能检测设备进行改造,增强其便携性和安装的简易性就成为了现在的主要问题。而近些年的研究发现心冲击图信号的运用可以有效的解决这一问题。提出了一种新的灵活算法来计算出心冲击图信号(BCG)中心跳尖峰间隔。实验对象使用竖直静坐姿势,大幅减少了体动等人为造成的噪音。实验所采用的数据由压电式薄膜传感带获取,并利用树莓派来处理采集到的信号。由于采集到的信号当中存在有许多噪音干扰,所以使用了巴特沃斯滤波器来过滤噪音。信号处理中首先使用了窗口分析法,不需要像通常算法那样先得出每个心跳尖峰的位置,而是直接通过窗口分析法计算得出心跳尖峰之间的间隔。处理的结果中依然存在部分异常点,准确率仅在90%左右,无法达到预期。后续又添加了高斯正态分布与中值滤波来消除噪音。最后通过实验验证了此次提出算法的正确性和可信度。实验采用指夹式血氧仪采集的数据作为对照。在经过几种方法依次处理之后,得到的结果信号中异常值数量越来越少,整体信号趋势与对照组拟合度也非常高,能够很好的得出心跳尖峰间隔。因此,本次实验数据采集和分析的结果表明,论文中提出的心跳尖峰间隔提取方法是可信度较高的一种处理方法,它能够比较准确的计算出被检测者的实时心率。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318;TN912.34
【图文】：

剖析图,心脏

、尿素等代谢终产物带走，用以保证人体正常新陈代谢，维能检测是一项利用现代科学技术结合了病理生理学与生理学康状态，评价和诊断心血管疾病的技术。它主要用于研究心理功能，以及由心脏分泌的各种生物化学物质对心脏造成的方法分为了两种类别，一种为电生理功能的检测，它包括了心磁图等。另一种为泵生理功能的检测，它包括了超声心动。这些在临床医学中得到广泛运用的心功能检测技术均需要的人员来进行操作。虽然通过这些专业设备的检测能够准确生理指标，并且能够根据这些指标准确的推断出被检测者的日常生活当中有很多心脏病患者往往是突然发病。在这种情心功能检测技术便失去了作用。因此就有必要研究一种非临中对患者的心脏功能进行实时检测的技术。

心动周期,心电图,心血管疾病

在这个科技与经济飞速发展的现代社会，心血管疾病已经严重影体健康，而大多数人很少能够花费时间去关心自己的身体状况。至 2017 年，中国的心血管疾病患者已经逼近三亿。当前心血管疾民的第一位死因，占据总死亡人数的 40%以上。因此心血管的健及相关疾病的诊断显得尤为重要。击图（BCG）[2]是指一种对心脏跳动的震动强弱的测量方法。在人由于身体活动的需要，心脏会重复的跳动，通过把大量携带各种全身的各个部位来维持人体的正常机能。而心冲击图（BCG）图表达这种重复的震动信号。它反映了由于心脏收缩与血液喷射以减速所产生的冲击力而引起身体的活动。如图 1-2 所示，图中从个周期中各个不同的心动阶段。在人体健康的情况下，可以检测个心跳周期都具有一定的重复性。

采集设备

图 1-3 穿戴式采集设备（2）站姿采集设备Linear Technology 公司的 JimWilliams 于 1990 年首次使用电子秤进行了 BCG 量[28]。他建立了一个非常优秀的系统，该系统能够以非常高的精确度去测量体重然而 BCG 信号却成为了该系统中最大的噪音来源。这种站姿采集设备的主要优势在于被检测者的体态是站立的，同时这也是这种设备最大的缺点。尽管站姿能够证纵向测量的精准度，但是这同时也意味着被检测到的信号非常容易受到运动干和地板震动的影响。由于患者的站立时间范围最多在 30 到 60 秒之间，于是测量持续时间也就只能在这个范围之内，这对测量的持续时间造成了很大的限制。电秤在民众范围内的普及程度非常广泛，而且很多公司也正在改进和开发全新的更智能的电子秤。患者即便在家中也能够通过使用电子秤来监测自己的心脏功能状态这就成为了站姿采集设备相较于其他设备的最大的优势[29]。考虑到了这种潜在的

【参考文献】