可穿戴动态心电信号分析技术的研究

发布时间：2017-03-29 18:04

  本文关键词：可穿戴动态心电信号分析技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：动态心电图是心脏疾病诊断最实时、最有效的工具。通过对动态心电图的分析,可以客观反映心脏各部位的生理活动状态,并对心脏健康状况进行诊断和评估。随着微电子和低功耗无线通信技术的发展,可穿戴传感器在心电检测领域有了更加广泛的应用,进一步推进了心电检测技术的研究和发展。当前心电检测技术主要集中于静止状态下心电图的检测,对运动状态下心电图研究较少。运动伪影是动态心电图中最主要、最难去除的噪声,严重影响了心电图的分析,而传统的心电信号处理方法在运动伪影的去除中存在较大的局限性。本文对可穿戴动态心电信号分析技术和算法进行深入研究,利用可穿戴心电传感器和三轴加速度传感器实时采集人体的生理参数,使用Savitzky-Golay滤波器对采集的参数进行滤波和特征检测,从而判断人体的健康状态。具体工作包含以下内容:(1)分析了卡尔曼滤波法、自适应滤波法、小波变换法和Savitzky-Golay滤波法等滤波算法在动态心电检测中的优缺点,并比较其滤波效果和时间复杂度。发现Savitzky-Golay滤波法的时间复杂度比其他算法低90%。(2)重点研究了Savitzky-Golay滤波算法在动态心电检测中的应用。利用Savitzky-Golay滤波器去除人体在走路、站起-坐下、弯腰、跑步以及静止-慢跑等状态下ECG信号中的运动伪影和基线漂移。通过QRS特征波检测,发现Savitzky-Golay滤波后的信号R波检测正确率达到99.45%。(3)在可穿戴传感器Shimmer上实现Savitzky-Golay算法的实时滤波和在线检测。在Shimmer平台上将加速度数据和心电图数据进行在线处理和融合,提取其中的运动状态参数和心率进行无线发送。通过信号的在线处理,单次传输数据量减少36%,有效地降低了传感器功耗。本文的研究工作在可穿戴动态心电检测领域具有一定的学术价值,在家庭健康监护领域具有一定的应用前景。
【关键词】：动态心电图 运动伪影 Savitzky-Golay滤波器 可穿戴设备
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R540.4;TN911.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 动态心电检测的意义9-10
• 1.1.2 应用中面临的问题10
• 1.2 动态心电检测发展现状10-11
• 1.3 研究目标与内容11-13
• 第二章 动态心电信号分析方法和相关测量平台概述13-25
• 2.1 心电图概述13-14
• 2.1.1 心电图生理学基础13-14
• 2.1.2 动态心电信号特性14
• 2.2 动态心电信号主要噪声类型14-15
• 2.3 动态心电信号分析传统方法15-20
• 2.4 可穿戴动态心电监护设备介绍20-22
• 2.5 TinyOS操作系统简介22-23
• 2.5.1 TinyOS特点22-23
• 2.5.2 nesC编程语言简介23
• 2.6 本章小结23-25
• 第三章 Savitzky-Golay滤波算法25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 Savitzky-Golay滤波器25-29
• 3.2.1 最小二乘平滑原理25-28
• 3.2.2 Savitzky-Golay滤波器的性质28-29
• 3.3 最优Savitzky-Golay滤波器选择29-33
• 3.3.1 滤波器阶数N的选择29-31
• 3.3.2 拟合半边点数M的选择31-33
• 3.4 基于Savitzky-Golay滤波器的ECG信号滤波算法33
• 3.5 静止状态下ECG信号滤波33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 可穿戴动态心电图中运动伪影的去除36-46
• 4.1 引言36
• 4.2 运动伪影的产生36-37
• 4.3 基于Savitzky-Golay滤波器的运动伪影去除37-38
• 4.4 滤波信号的QRS检测38-40
• 4.5 三种滤波器滤波效果比较40-41
• 4.6 各种日常运动状态下滤波41-44
• 4.7 QRS检测后心率提取44-45
• 4.8 本章小结45-46
• 第五章 ECG信号在线实时处理46-53
• 5.1 引言46
• 5.2 ECG信号在线处理模型46-47
• 5.3 ECG信号在线处理算法47-49
• 5.4 ECG信号在线处理结果49-51
• 5.4.1 数据传输包格式50
• 5.4.2 心率提取结果50-51
• 5.5 本章小结51-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 研究工作总结53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文58-59
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目59-60
• 致谢60

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