基于壓縮感知的可穿戴遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)
發(fā)布時間：2021-08-03 09:28
心血管疾病的突發(fā)性導致心血管疾病死亡率越來越高,將可穿戴遠程醫(yī)療技術用于監(jiān)測患者心臟狀況的應用也愈發(fā)廣泛。由于可穿戴設備對低功耗的要求及其處理信號的能力有限,傳統(tǒng)奈奎斯特采樣定理不適用于可穿戴設備的信號采樣,需要基于壓縮感知理論采樣信號。但在采樣心電信號過程中會受到采樣率和噪聲的影響,造成采樣后的心電信號不足夠稀疏,現(xiàn)有的基于壓縮感知的信號重構算法不能滿足可穿戴遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)對快速精確重構心電信號的需求。因此,根據(jù)系統(tǒng)的實際應用場景改進現(xiàn)有的信號重構算法并用于可穿戴遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)成為一個亟待解決的問題。針對上述問題,本文的主要工作如下:（1）提出了一種基于壓縮感知的自適應塊稀疏貝葉斯學習的信號重構算法,該算法在塊稀疏貝葉斯學習交叉方向乘子法框架上,在不同患者的心電數(shù)據(jù)動態(tài)地變化過程中,自適應地調整算法中交叉方向乘子法的步長,以達到監(jiān)測不同生理狀況患者的目標,并在公開MIT心電數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)實際采集到的心電數(shù)據(jù)中驗證了提出的自適應塊稀疏貝葉斯學習的重構算法的有效性;（2）設計并實現(xiàn)了基于壓縮感知的可穿戴遠程心電監(jiān)護系統(tǒng),該系統(tǒng)包括采集端、數(shù)據(jù)轉發(fā)端、后臺服務器端和數(shù)據(jù)顯示端。采集端對心...
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：109 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
監(jiān)護系統(tǒng)LifeShirt
身體的運動和周圍多種原因導致的噪聲干擾，采集端采樣得到的生理信號會受到一定的影響。壓縮感知算法對信號的稀疏性有一定的要求，針對生理信號的稀疏性本節(jié)設計了仿真實驗驗證采樣率以及噪聲干擾對生理信號稀疏性的影響。（1）采樣率對生理信號稀疏性的影響首先對某種生理信號進行不同采樣率的采樣，然后將采樣信號轉換到稀疏域，如離散余弦域、小波域等，根據(jù)變換域稀疏系數(shù)的實際幅值設定一個閾值，統(tǒng)計大于這個閾值的系數(shù)的個數(shù)，即稀疏度，之后綜合分析采樣率對生理信號稀疏度的影響。在采樣率方面，利用心電（ECG）信號進行了初步驗證分析，如圖 3-2 所示。圖中對心電信號在不同采樣率下的 DCT 系數(shù)進行統(tǒng)計（不同采樣率通過對 128Hz采樣率的信號進行下采樣獲得），將閾值設為 10-1，其中采樣率為 128Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-0.5，占系數(shù)總數(shù)的 25%；采樣率為64Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-4，占系數(shù)總數(shù)的40%；采樣率為 32Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-2，占系數(shù)總數(shù)的 60%。這說明隨著采樣率的下降，ECG 信號的稀疏性會逐漸變差。
電子科技大學碩士學位論文收集同一種生理信號在各種不同噪聲干擾下的信號，然后將其變換到稀疏域計分析其稀疏度的變化情況，然后綜合分析不同噪聲干擾對生理信號稀疏度響。對于噪聲干擾對生理信號稀疏性的影響，利用脈搏波（PPG）信號進行了初步。如圖 3-3 所示，對噪聲很小的 PPG 信號和帶有因劇烈運動產生的運動偽影的 PPG 信號的 DCT 系數(shù)進行統(tǒng)計（兩組信號采樣率相同），將閾值設為 10-2，看出，對于噪聲很小的 PPG 信號，其大于 10-2的 DCT 系數(shù)大約占系數(shù)總數(shù)的，稀疏性較好；而對于帶有運動偽影干擾的 PPG 信號，其大于 10-2的 DCT 系約占系數(shù)總數(shù)的 70%，稀疏性非常差。這說明噪聲干擾導致 PPG 信號的稀疏大降低。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種改進的分段廣義正交匹配追蹤算法[J]. 商笑,胡鋼墩,李春樹,劉夢. 寧夏大學學報(自然科學版). 2018(04)
[2]壓縮感知重構SAMP的改進算法[J]. 楊韌,張興敢. 南京大學學報(自然科學). 2018(03)
[3]修正的迭代近似梯度投影算法在壓縮感知中的應用[J]. 何川美,劉紅衛(wèi),劉澤顯. 吉林大學學報(理學版). 2017(06)
[4]基于ADMM算法正則化最優(yōu)步長的研究[J]. 陳慶國,趙建偉,曹飛龍. 山西大學學報(自然科學版). 2017(04)
[5]旅游景區(qū)信息查詢系統(tǒng)iBatis數(shù)據(jù)持久化[J]. 劉鴻雁. 信息技術. 2017(09)
[6]基于可穿戴技術的遠程醫(yī)療系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 范珊. 電子設計工程. 2017(10)
[7]一種新的貪婪回溯子空間追蹤算法研究[J]. 丁函,王毅,袁磊,吳釗. 計算機應用研究. 2017(10)
[8]智慧醫(yī)療的發(fā)展[J]. 何遙. 中國公共安全. 2015(10)
[9]心電壓縮感知恢復先驗塊稀疏貝葉斯學習算法[J]. 羅堪,李建清,王志剛,蔡志鵬. 儀器儀表學報. 2014(08)
[10]壓縮感知綜述[J]. 尹宏鵬,劉兆棟,柴毅,焦緒國. 控制與決策. 2013(10)
博士論文
[1]可穿戴實時診斷、報警、移動健康監(jiān)護系統(tǒng)[D]. 鄭捷文.中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院 2008
碩士論文
[1]面向中老年人的穿戴式遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計[D]. 張佳偉.河北大學 2018
[2]跨境電商在線商城訂單子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 周星宇.南京大學 2018
[3]基于塊結構的貝葉斯重構算法研究[D]. 宋爽.燕山大學 2018
[4]基于云計算的貝葉斯算法在疾病預測中的研究與應用[D]. 付歡歡.中國科學技術大學 2016
[5]稀疏信號壓縮感知重構算法研究[D]. 張濤.云南大學 2016
[6]壓縮感知理論與技術研究[D]. 張立造.電子科技大學 2016
[7]基于Android的移動學習平臺的設計與實現(xiàn)[D]. 呂偉.南京師范大學 2013
[8]基于3G的移動醫(yī)療應急自救系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 李國璽.復旦大學 2009
本文編號：3319376
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：109 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
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身體的運動和周圍多種原因導致的噪聲干擾，采集端采樣得到的生理信號會受到一定的影響。壓縮感知算法對信號的稀疏性有一定的要求，針對生理信號的稀疏性本節(jié)設計了仿真實驗驗證采樣率以及噪聲干擾對生理信號稀疏性的影響。（1）采樣率對生理信號稀疏性的影響首先對某種生理信號進行不同采樣率的采樣，然后將采樣信號轉換到稀疏域，如離散余弦域、小波域等，根據(jù)變換域稀疏系數(shù)的實際幅值設定一個閾值，統(tǒng)計大于這個閾值的系數(shù)的個數(shù)，即稀疏度，之后綜合分析采樣率對生理信號稀疏度的影響。在采樣率方面，利用心電（ECG）信號進行了初步驗證分析，如圖 3-2 所示。圖中對心電信號在不同采樣率下的 DCT 系數(shù)進行統(tǒng)計（不同采樣率通過對 128Hz采樣率的信號進行下采樣獲得），將閾值設為 10-1，其中采樣率為 128Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-0.5，占系數(shù)總數(shù)的 25%；采樣率為64Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-4，占系數(shù)總數(shù)的40%；采樣率為 32Hz 時，其大于 10-1的 DCT 系數(shù)對應的橫坐標范圍大約是 0-2，占系數(shù)總數(shù)的 60%。這說明隨著采樣率的下降，ECG 信號的稀疏性會逐漸變差。
電子科技大學碩士學位論文收集同一種生理信號在各種不同噪聲干擾下的信號，然后將其變換到稀疏域計分析其稀疏度的變化情況，然后綜合分析不同噪聲干擾對生理信號稀疏度響。對于噪聲干擾對生理信號稀疏性的影響，利用脈搏波（PPG）信號進行了初步。如圖 3-3 所示，對噪聲很小的 PPG 信號和帶有因劇烈運動產生的運動偽影的 PPG 信號的 DCT 系數(shù)進行統(tǒng)計（兩組信號采樣率相同），將閾值設為 10-2，看出，對于噪聲很小的 PPG 信號，其大于 10-2的 DCT 系數(shù)大約占系數(shù)總數(shù)的，稀疏性較好；而對于帶有運動偽影干擾的 PPG 信號，其大于 10-2的 DCT 系約占系數(shù)總數(shù)的 70%，稀疏性非常差。這說明噪聲干擾導致 PPG 信號的稀疏大降低。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種改進的分段廣義正交匹配追蹤算法[J]. 商笑,胡鋼墩,李春樹,劉夢. 寧夏大學學報(自然科學版). 2018(04)
[2]壓縮感知重構SAMP的改進算法[J]. 楊韌,張興敢. 南京大學學報(自然科學). 2018(03)
[3]修正的迭代近似梯度投影算法在壓縮感知中的應用[J]. 何川美,劉紅衛(wèi),劉澤顯. 吉林大學學報(理學版). 2017(06)
[4]基于ADMM算法正則化最優(yōu)步長的研究[J]. 陳慶國,趙建偉,曹飛龍. 山西大學學報(自然科學版). 2017(04)
[5]旅游景區(qū)信息查詢系統(tǒng)iBatis數(shù)據(jù)持久化[J]. 劉鴻雁. 信息技術. 2017(09)
[6]基于可穿戴技術的遠程醫(yī)療系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 范珊. 電子設計工程. 2017(10)
[7]一種新的貪婪回溯子空間追蹤算法研究[J]. 丁函,王毅,袁磊,吳釗. 計算機應用研究. 2017(10)
[8]智慧醫(yī)療的發(fā)展[J]. 何遙. 中國公共安全. 2015(10)
[9]心電壓縮感知恢復先驗塊稀疏貝葉斯學習算法[J]. 羅堪,李建清,王志剛,蔡志鵬. 儀器儀表學報. 2014(08)
[10]壓縮感知綜述[J]. 尹宏鵬,劉兆棟,柴毅,焦緒國. 控制與決策. 2013(10)
博士論文
[1]可穿戴實時診斷、報警、移動健康監(jiān)護系統(tǒng)[D]. 鄭捷文.中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院 2008
碩士論文
[1]面向中老年人的穿戴式遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計[D]. 張佳偉.河北大學 2018
[2]跨境電商在線商城訂單子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 周星宇.南京大學 2018
[3]基于塊結構的貝葉斯重構算法研究[D]. 宋爽.燕山大學 2018
[4]基于云計算的貝葉斯算法在疾病預測中的研究與應用[D]. 付歡歡.中國科學技術大學 2016
[5]稀疏信號壓縮感知重構算法研究[D]. 張濤.云南大學 2016
[6]壓縮感知理論與技術研究[D]. 張立造.電子科技大學 2016
[7]基于Android的移動學習平臺的設計與實現(xiàn)[D]. 呂偉.南京師范大學 2013
[8]基于3G的移動醫(yī)療應急自救系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 李國璽.復旦大學 2009
本文編號：3319376
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