隨著人們生活方式的改變,中國心血管病的發(fā)病人數(shù)持續(xù)增加,且大量的心臟病突發(fā)狀況都發(fā)生在醫(yī)院外,需要尋找一種無創(chuàng)的家庭心臟監(jiān)護(hù)方法,對心臟狀態(tài)進(jìn)行院外持續(xù)監(jiān)測,并提前預(yù)警心臟異常,降低突發(fā)心臟病造成的風(fēng)險(xiǎn)和損失。心沖擊信號(Ballistocardiogram,BCG)可以描述心臟收縮與血液噴射引起的身體振動,是一種可實(shí)現(xiàn)非接觸式采集的心臟生理信號。本文設(shè)計(jì)了一種基于壓電薄膜傳感器的坐式BCG信號采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)心臟生理信號的非接觸式采集,并對信號進(jìn)行特征提取與分析,主要工作如下:(1)依據(jù)BCG信號的產(chǎn)生原理,將壓電薄膜傳感器置于坐墊中,設(shè)計(jì)并制作由電荷放大電路、濾波電路、后級放大電路和數(shù)據(jù)采集卡組成的信號采集系統(tǒng),并同步采集心電信號(Electrocardiogram,ECG)和脈搏信號。此采集系統(tǒng)可有效采集并記錄三種心臟生理信號,具有較好的穩(wěn)定性。(2)研究了基于小波變換的BCG信號去噪方法。根據(jù)BCG信號的特點(diǎn)及噪聲來源,選用切比雪夫Ⅱ型IIR數(shù)字濾波器從頻域角度去除呼吸趨勢和由模擬電路與環(huán)境引入的噪聲。然后討論了小波基、分解尺度和閾值函數(shù)對小波去噪效果的影響,選用基于sym8小波基的改進(jìn)閾值法對BCG信號進(jìn)行小波去噪。此方法可有效去除信號采集過程中引入的噪聲,得到清晰的、符合標(biāo)準(zhǔn)BCG信號特征的波形。(3)研究了提取并分析呼吸率和BCG信號特征點(diǎn)的方法�；谠夹盘栔械暮粑厔莺驼：粑l率,采用低通濾波提取呼吸信號的基本波形,然后標(biāo)記特征點(diǎn)獲得呼吸率。討論特征點(diǎn)標(biāo)記過程中閾值選擇的方法,采用幅度和間隔閾值結(jié)合的方法精確標(biāo)記BCG信號J波,然后使用極值遞推方式依次標(biāo)出K、I、L波,并同理標(biāo)記心電信號的QRS波群。最后計(jì)算BCG信號特征點(diǎn)間隔和兩種信號之間的J-R間隔,分別繪制ECG信號的R-R間期散點(diǎn)圖和BCG信號的J-J間期散點(diǎn)圖并對比。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,BCG信號單周期內(nèi)各波段穩(wěn)定且與心電信號同步,可準(zhǔn)確反映心動周期。(4)介紹了基于混沌理論的BCG信號非線性特性分析方法并計(jì)算特征參數(shù)。對信號進(jìn)行功率譜分析,證明了BCG信號是具有確定性規(guī)律的混沌信號;采用C-C算法計(jì)算延遲時(shí)間和嵌入維數(shù),并對不同受試者的信號進(jìn)行相空間重構(gòu),發(fā)現(xiàn)健康受試者相空間重構(gòu)圖比異常受試者更有規(guī)律;采用G-P算法和Wolf法分別計(jì)算信號關(guān)聯(lián)維數(shù)及最大Lyapunov指數(shù),結(jié)果也驗(yàn)證了健康人的BCG信號混沌性更強(qiáng)。(5)采用支持向量機(jī)對信號進(jìn)行分類與異常識別。對比輸入不同特征向量時(shí)的異常識別率。結(jié)果顯示,加入非線性混沌特征后,信號異常識別率明顯提高。
【學(xué)位單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R540.4;TN911.7
【部分圖文】：

（ｂ）村田睡眠監(jiān)護(hù)系統(tǒng)??圖１－２臥式釆集系統(tǒng)??Ｄａｖｉｄ等在２０１１年設(shè)計(jì)了—款耳掛式低功耗生理信號采集設(shè)備［２１］，如圖１－３所示，??此裝置體積較小，相比于耳包式的設(shè)備更加靈活．該組科研人員進(jìn)＿步用該裝置采集??了?１３位志愿者的ＢＣＧ、脈搏波圖、ＥＣＧ３種歡號，將ＢＧＣ?？號與ＥＣＧ儕號和脈搏??分別作對比，發(fā)現(xiàn)了?ＢＣＧ傭號幅度與心輸出暈的相關(guān)性。??Ｄｅｖｉｃｅ?ｂａｃｋｓｉｄｅ：?ＥＣＧ?ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ?ａｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｉ??ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔｓ?｜｜，，??２．４ＧＨｚ?Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ?｜?Ｊｆ．?？??ｍｍ??一圓??圖ｉ－３耳ｉ式ｋ集系統(tǒng)??１９９０年ｊ?Ｌｉｎｅａｒ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的Ｊｉｍ?Ｗｉｌｌｉａｍｓ第一次在他的專利畢請中描述了??立式采集ＢＣＧ信號的方法，他將采用高分辨率體重秤稱童時(shí)的運(yùn)動偽影記錄下來，??提�。拢茫菐X號［２２］。２００９年，Ｓｈｉｎ使用圖１－４所示經(jīng)改造的體重稱同時(shí)采集ＢＣＧ和??ＥＣＧ信號［２３］，通過計(jì)算兩種信號的Ｒ－Ｊ間隔估計(jì)血壓并監(jiān)測心率變異性（ＨＲＶ），監(jiān)??５??

?Ｓ?１－５穿戴式采集模塊??隨著穿戴式設(shè)備的流行，研究人員開始探索ＢＣＧ稽號穿戴式設(shè)計(jì)的可行性。２００９??年，ＣｈｕｏＹ等人岡開發(fā)了圖１－５所示的可穿戴式采集裝置，該小型化硬件可貼于胸??部用于ＢＣＧ瘡號和ＥＣＧ的采集６?２０１６年，Ｊａｖａｉｄ等人岡采用多傳感器融合策略，??成功采集運(yùn)動過程中的ＢＣＧ信號．，實(shí)現(xiàn)了全天候的不間斷信號采集〇??＾?ｃ?＾?Ｕ??Ｓ?１－６智能馬桶監(jiān)測系統(tǒng)??美國羅切斯特理工學(xué)院（ＲＩＴ）研究人員于２０１９年開發(fā)的＿種智能馬桶監(jiān)測系統(tǒng)??是ＢＣＧ信號在醫(yī)療監(jiān)護(hù)方面的最新應(yīng)用［２７］。該系統(tǒng)可跟蹤心力衰竭患者的健康情況，??降低醫(yī)院的再入院率。該系統(tǒng)內(nèi)置了三個(gè)傳感器，分別用于測暈心電圖、心沖擊圖和??光電容積描記圖（ＰＰＧ），用于計(jì)算心輸出量（ＣＯ）等心臟搏動數(shù)據(jù)。猜號采集的準(zhǔn)??確程度可達(dá)到臨床診斷的標(biāo)準(zhǔn)＿〇這種智能馬桶座具有防水功能，使用電池供電，數(shù)據(jù)??自動上．傳到云端。??國內(nèi)學(xué)者從多方面對ＢＣＧ？號進(jìn)行了研宄，探索其在心臟監(jiān)測和臨床中的應(yīng)用。??東北大學(xué)金晶晶［２８］

［?；??ｆ?９?ｉ??圖２－２傳感器實(shí)物圖??§２．２．２電荷放大電路??電荷放大器可以將電荷源輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號［４９＇５Ｑ］，并且輸出電壓與輸入??電荷量成繭比，放大器的輸入阻抗較大，而輸出阻抗一般小于１００Ｑ。電荷放大器的??原理如圖２－３所示。??■?Ｒｆ??ｉ—｜?ＶＤＤ??、?ＯＰ２７??ｆ?Ｊ＿＿??Ｉ?％?＋?￣￣??膜??＿｜＿?寸??３ｄ?ＨＶＥＥ??圖２－３電荷放大器原理圖??其中＾?Ｖ。是放大電路的輸出電壓，ｑ表示放大電路的反饋電容，與傳感器的電??容組成可放大電荷的反饋回路。反饋電容與反饋電阻的取值根據(jù)實(shí)際調(diào)試過程中壓電??薄膜輸出電荷量典型值和需要的輸出電壓值決定。??實(shí)際的電荷放大器由于傳感器和傳輸導(dǎo)線等效電容和等效電阻的影響［５＼其實(shí)際??等效電路如圖２－４所示。??＿□—??Ｑ（＾卜化嶺１?￣＾Ａ＞?ｕ°??圖２－４電荷放大電路等效圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2890521