發(fā)布時(shí)間：2020-09-04 08:13

　　 慢性病已成為我國(guó)城鄉(xiāng)居民死亡的主要原因,我國(guó)確診慢性病患者近3億人,其主要體現(xiàn)在對(duì)腦、心、腎等重要臟器的功能損害,影響勞動(dòng)能力和生活質(zhì)量。隨著生活方式的變化,近年來(lái)慢性病發(fā)病率呈快速上升和年輕化趨勢(shì)。ECG、EEG等人體生理電信號(hào)含有豐富的人體生理信息,反映著各項(xiàng)生理狀況,早已被醫(yī)學(xué)臨床診斷和科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于疾病診斷和病理研究等。因此,對(duì)生理電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和分析可以提前準(zhǔn)確分析人體各臟器的狀況,實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)慢性疾病的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早治療以及康復(fù)管理,可以大大改善患者生活質(zhì)量,減少慢性病死亡率。傳統(tǒng)生理信號(hào)檢測(cè)采用的電極體積大、檢測(cè)時(shí)需要與人體肌膚接觸且必須涂導(dǎo)電膏,只能在特定的專(zhuān)業(yè)場(chǎng)合使用,不利于生理電信號(hào)的實(shí)時(shí)、快速和移動(dòng)檢測(cè)。針對(duì)現(xiàn)有生理信號(hào)檢測(cè)電極的不足,本文提出了一種低負(fù)荷生理電信號(hào)檢測(cè)技術(shù),設(shè)計(jì)了一款柔性非接觸電極,利用該電極可以隔著頭發(fā)甚至衣物實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生理電信號(hào)的非接觸測(cè)量,操作簡(jiǎn)單、使用方便、被測(cè)者沒(méi)有任何負(fù)擔(dān),為生理電信號(hào)的長(zhǎng)期低負(fù)荷監(jiān)護(hù)提供了一種新的方法。本研究制作了三種不同結(jié)構(gòu)的電極,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比優(yōu)化了電極結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了一款柔性非接觸電極。非接觸電極基于電容耦合原理,利用電極的金屬感應(yīng)層通過(guò)皮膚和電極間的等效電容器耦合人體生理電信號(hào)。由于其不需要與皮膚直接接觸,克服了傳統(tǒng)濕電極在便攜式和長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量上的不足。設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)非接觸電極進(jìn)行性能測(cè)試,并且探討了絕緣層參數(shù)對(duì)非接觸電極信號(hào)采集的影響,針對(duì)不同絕緣層材料、絕緣層厚度兩個(gè)因素設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和分析,探尋了非接觸式ECG信號(hào)檢測(cè)的最佳條件。對(duì)改進(jìn)后的硬板和軟板非接觸電極進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)濕電極測(cè)量波形進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了本文提出的柔性非接觸電極的可行性及穩(wěn)定性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,與傳統(tǒng)的電極技術(shù)相比,該柔性非接觸檢測(cè)技術(shù)在不直接接觸受試者皮膚的條件下,能夠獲得與標(biāo)準(zhǔn)濕電極高度吻合的生理電信號(hào)。根據(jù)柔性非接觸電極的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號(hào)采集模塊、WIFI數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊,基于MATLAB設(shè)計(jì)了交互界面,構(gòu)建了基于柔性非接觸的生理電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)。經(jīng)非接觸電極拾取的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)采集模塊進(jìn)行采樣,獲得的信號(hào)通過(guò)WIFI模塊與計(jì)算機(jī)通信,計(jì)算機(jī)通過(guò)MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、顯示、原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和離線數(shù)據(jù)分析等。該技術(shù)測(cè)量過(guò)程中使用方便、操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)負(fù)擔(dān),為受試者的便攜、低負(fù)荷和實(shí)時(shí)生理電信號(hào)監(jiān)護(hù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH776
【部分圖文】：

以確保皮膚與電極間良好的電氣接觸，如圖 1.1 示固定在特定的臨床檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)位置，減小電極和皮膚。除此之外，濕電極還有電位穩(wěn)定、電極阻抗低、噪廣泛用于臨床和科研中的體表生理電信號(hào)的記錄，如刺激神經(jīng)傳遞電流電極等[4~7]。

圖 1.2 非接觸測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Kim 等人在這一領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)[16]，擴(kuò)展了對(duì)電容式應(yīng)用，特別指出，只要使用適當(dāng)?shù)钠帘魏徒拥丶夹g(shù)，可獲得很好的源接地在降低線路噪聲方面非常有效。值得注意的是，對(duì)于真有源接地也可以是電容性的。這種額外的共模抑制在輸入阻抗，T J.Sullivan 等提出了一種集成的、低噪聲的非接觸 ECG、統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，當(dāng)電極與人體相對(duì)位置有微小變化時(shí)，測(cè)量擾；加州大學(xué)圣地亞哥分校 Gert Cauwenbergh 課題組對(duì)非接[21~25]，對(duì)各種接觸和非接觸電極技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的比較，通過(guò)計(jì)電路圖，實(shí)現(xiàn)了一款非接觸式的 ECG 檢測(cè)背心和 EEG 檢測(cè)和處理電路集成到同一塊 PCB 板上，做成了一體化設(shè)計(jì)的電中，受試者只需要穿上背心或者將繃帶戴在頭部即可隨時(shí)隨地項(xiàng)裝置仍局限于實(shí)驗(yàn)室研究階段，同時(shí)，所測(cè)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽影過(guò)非接觸電極的信號(hào)耦合實(shí)際上由源阻抗的電阻部分支配，這

體產(chǎn)生的 ECG 信號(hào)隨機(jī)性較強(qiáng)，沒(méi)有統(tǒng)一的干擾。人體的 ECG 信號(hào)本身非常微弱，屬于低率在 0.05-100Hz 之間。屬于復(fù)雜電磁噪聲環(huán)境下干擾，這些干擾主要有：由呼吸運(yùn)動(dòng)引起基線漂 EMG 干擾（約 0~100Hz）等。EMG 干擾是高頻號(hào)的持續(xù)時(shí)間只有 50ms 左右，在時(shí)域中 ECG外的工頻及其各次諧波、電極接觸噪聲、電極移設(shè)備所產(chǎn)生的高頻噪聲等，這些干擾還可能與統(tǒng)的環(huán)境噪聲、濾除干擾，保留高質(zhì)量的原始計(jì)的非接觸電極片應(yīng)該具有高輸入阻抗，高共模力同時(shí)放大器的等效輸入噪聲要小。的典型波形特征。根據(jù) ECG 信號(hào)的特征波形可 P 波段、QRS 波段、T 波段和 U 波段等幾個(gè)時(shí)間段波形特征如表 2.1 所示。為避免 ECG 信作頻帶應(yīng)大于 ECG 信號(hào)有用信息的頻帶（0.0

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2812079