【摘要】：心血管疾病已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)威脅人類健康常見疾病之一，為了能很好的控制發(fā)病率，需要長期監(jiān)控病人心血管類的生理信息。研究表明眾多的心血管生理信息可通過容積血流脈搏波表現(xiàn)出來，然而傳統(tǒng)容積血流脈搏波檢測方法操作復(fù)雜，且檢測中會(huì)給人們帶來不方便和不舒適感。這就需要本課題所設(shè)計(jì)的一種簡便測量方法——光電容積脈搏波成像技術(shù)(Photo-Plethysmographyimaging，PPGi)檢測容積脈搏波（PPG）信號。所謂PPGI，即通過微型攝像頭作為容積脈搏波的采集設(shè)備，再通過一定的技術(shù)處理獲得生命體征信息。 本設(shè)計(jì)使用FPGA平臺(tái)開發(fā)，運(yùn)用SOPC的嵌入式技術(shù)流程進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)主要包括三部分，具體工作如下： （1）PPG信號的采集：應(yīng)用CMOS攝像頭捕捉手指指尖皮膚表面圖像，再通過‘流水線’式的圖像處理，獲得RGB格式的彩色圖像，記錄連續(xù)幀圖像中的R、G、B三通道像素，分別組成三個(gè)通道的容積脈搏波信號。 （2）PPG信號的處理及分析影響PPG信號的因素：運(yùn)用MATLAB對采集的PPG信號進(jìn)行濾波降噪處理并分析光照強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)偽跡、低灌注情況等對PPG信號的影響。 （3）時(shí)序和頻域內(nèi)的兩種心率算法：時(shí)序上主要通過檢測一定時(shí)間的峰值點(diǎn)；頻域上通過FFT的頻譜分析來計(jì)算心率及運(yùn)用FPGA實(shí)現(xiàn)頻域內(nèi)心率計(jì)算方法。最終在MATLAB的驗(yàn)證和FPGA的實(shí)現(xiàn)上都證明了從手指圖像測量出人體心率參數(shù)的可行性。 基于PPGi心率檢測技術(shù)是一種低成本、非接觸的檢測方法，相對于目前廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)的心率檢測APP軟件，突出的優(yōu)點(diǎn)是無需LED發(fā)射光源，可直接應(yīng)用于普通的光環(huán)境中。因容積脈搏血流中融含了心搏、血壓、呼吸率等諸多心血管系統(tǒng)的重要生理信息，所以此項(xiàng)技術(shù)不僅僅可以用在心率檢測方面還可以檢測心率變異性和血壓、呼吸率等其他生理特征信息，因此PPGi技術(shù)在無創(chuàng)檢測生理特征信息方面具有廣闊的發(fā)展空間和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
【圖文】：

圖1-1 PPG信號獲取示意圖體各部分的組織對光譜的吸收在人體循環(huán)系統(tǒng)中是不同的：因量跟隨心臟的跳動(dòng)同步波動(dòng)變化，所以血液對光的吸收是波動(dòng)皮膚、肌肉和骨骼等組織對光譜的吸收基本是恒定的，在一個(gè)臟收縮時(shí)血液射入動(dòng)脈，光吸收量增多，檢測到光照強(qiáng)度相應(yīng)

心臟舒張期間導(dǎo)致外周血管血液的回流，導(dǎo)致流入主動(dòng)脈的血少于從主動(dòng)脈流向外周的量，故在達(dá)到峰值前期，PPG信號的斜率將減小，當(dāng)心室舒張時(shí)，動(dòng)脈血壓下降在PPG波形中為下降支。在圖1-2中我們發(fā)現(xiàn)一段折返波，折返波大約出現(xiàn)在下降支的1/3處，折返波是因?yàn)樵谛呐K舒張期間主動(dòng)脈瓣關(guān)閉的原因，，也稱為重搏波，波峰為重搏點(diǎn)，類似于潮水中的回頭潮。PPG的波形隨著人體心血管機(jī)能、年齡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素的變化而出現(xiàn)不同特征。隨著年齡的增大，上升支和下降支開始變得緩慢，重搏波也會(huì)逐漸消失。圖1-2 容積脈搏波示意圖1.4 光電容積脈搏波的研究狀況及應(yīng)用1.4.1 光電容積脈搏波研究概括前文已經(jīng)提過PPG信號波形攜帶了眾多的生理信息，因此可以從PPG中提取人體的生理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)。在中醫(yī)學(xué)中，“切脈”作為一種診斷疾病的關(guān)鍵手段
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2518937