本文關(guān)鍵詞：基于柔性MEMS干電極陣列的智能心電監(jiān)護系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： MEMS 心電干電極陣列 PDMS 褶皺和裂紋 心電去噪和QRS波識別 智能心電監(jiān)護系統(tǒng)

【摘要】：心電圖是預(yù)防和治療心血管疾病的主要依據(jù)。目前,臨床多采用濕電極采集心電信號,但濕電極的導(dǎo)電膠會刺激皮膚,且隨時間增長,導(dǎo)電膠易干涸,影響心電信號質(zhì)量,不宜長期、連續(xù)使用。近年來,柔性MEMS技術(shù)與生物電子技術(shù)發(fā)展迅速,在柔性襯底上制備的心電干電極無需導(dǎo)電膠,具有良好的柔韌性和延展性,能與皮膚緊密貼合,在長期心電監(jiān)護中具有極大的發(fā)展?jié)摿?更符合現(xiàn)代社會的醫(yī)療需求。另一方面,電子皮膚作為智能可穿戴設(shè)備的代表正逐漸成為生命體征監(jiān)測的重要發(fā)展方向,而柔性干電極正是電子皮膚的重要組成部分。因此,無論是傳統(tǒng)的心電采集還是未來可穿戴電子皮膚的發(fā)展,對柔性干電極的研究都勢在必行。PDMS是微加工領(lǐng)域常用的柔性襯底材料,與帕利靈、聚酰胺和聚酰亞胺相比,PDMS價格低廉,彈性性能好,具有良好的生物相容性,制備工藝簡單,無需專用沉積設(shè)備,在生物醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而,在PDMS襯底上制備柔性電子器件時,沉積在PDMS襯底上的金屬膜會出現(xiàn)褶皺和裂紋,導(dǎo)致金屬膜阻抗增大、導(dǎo)電性能變差,嚴(yán)重影響器件性能。因此,改善PDMS襯底上金屬膜的褶皺和裂紋,對推進柔性PDMS電子器件的發(fā)展具有重要研究意義,也是實現(xiàn)柔性PDMS心電干電極穩(wěn)定、高效制備的工程基礎(chǔ)。為了適應(yīng)未來智能可穿戴設(shè)備和電子皮膚的發(fā)展需求,本文著重研究了改善PDMS襯底上金屬膜褶皺和裂紋的方法,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列,并提出了相應(yīng)的制備工藝流程。最后開發(fā)了以柔性MEMS球冠干電極陣列為心電傳感器,以心電數(shù)據(jù)采集前端為依托,以移動智能設(shè)備為用戶體驗終端,以中心服務(wù)器為支撐的智能心電監(jiān)護系統(tǒng)。具體研究問題包括:柔性PDMS襯底上金屬膜褶皺和裂紋的改善方法,基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列的設(shè)計與實現(xiàn),心電干電極采樣信號預(yù)處理方法及心電信號QRS波檢測算法,智能心電監(jiān)護系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和開發(fā)。主要貢獻和創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面:1、針對基于PDMS的柔性MEMS球冠心電干電極陣列制備過程中,在PDMS襯底上沉積金屬時,金屬膜存在褶皺和裂紋,致使金屬膜導(dǎo)電性和穩(wěn)定性降低的問題,依據(jù)褶皺產(chǎn)生的動力學(xué)機理,提出了兩種改善褶皺的方法:納米粒子填充改性PDMS襯底和通過表面修飾改性PDMS襯底,均能有效降低金屬膜的褶皺和裂紋,提升金屬膜的導(dǎo)電性,增強金屬膜與PDMS襯底的結(jié)合力。2、在提高PDMS襯底上金屬膜質(zhì)量的基礎(chǔ)之上,通過光刻膠熱熔、兩次PDMS轉(zhuǎn)模等MEMS工藝和新型仿倒裝焊的引線工藝,設(shè)計并制備了一種基于PDMS襯底的柔性球冠干電極陣列,將其應(yīng)用于心電檢測當(dāng)中,所獲得的心電信號具有較高的信噪比。3、依據(jù)柔性MEMS球冠干電極陣列采集的心電信號特征,提出基于單步提升離散小波變換的心電信號去噪算法以及基于離散Marr小波變換的心電信號QRS波識別算法,在成功濾除基線漂移干擾和肌電等高頻干擾、精確檢測QRS波群的同時,提高了計算效率。4、開發(fā)了基于柔性MEMS球冠干電極陣列的智能心電監(jiān)護系統(tǒng),通過藍牙無線傳輸將心電數(shù)據(jù)傳送給移動智能終端進行數(shù)據(jù)壓縮,隨后經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)將壓縮后的心電數(shù)據(jù)上傳至中服務(wù)器,通過服務(wù)器對心電數(shù)據(jù)進行解壓縮、進一步去噪和特征識別,并將預(yù)檢結(jié)果同步到遠程心電監(jiān)護網(wǎng)頁中,方便醫(yī)生診斷。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 心電干電極陣列 PDMS 褶皺和裂紋 心電去噪和QRS波識別 智能心電監(jiān)護系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH772
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-37
• 1.1 智能心電監(jiān)護14-18
• 1.1.1 智能心電監(jiān)護的意義14-15
• 1.1.2 智能心電監(jiān)護的發(fā)展15-17
• 1.1.3 智能心電監(jiān)護亟待解決的問題17-18
• 1.2 柔性MEMS心電干電極18-24
• 1.2.1 柔性襯底材料PDMS簡介18-20
• 1.2.2 基于柔性PDMS襯底的干電極20-24
• 1.3 心電信號采集與自動分析技術(shù)24-34
• 1.3.1 心電信號產(chǎn)生的機理、特點及采集方法24-28
• 1.3.2 心電信號預(yù)處理技術(shù)28-32
• 1.3.3 心電信號QRS波群檢測技術(shù)32-34
• 1.4 課題的主要研究內(nèi)容與論文組織結(jié)構(gòu)34-37
• 第二章 改善柔性PDMS襯底上金屬膜質(zhì)量的方法研究37-67
• 2.1 PDMS襯底上沉積金屬膜存在的問題37-38
• 2.2 通過納米粒子填充改性PDMS改善金屬膜的褶皺研究38-51
• 2.2.1 納米粒子填充改性PDMS的步驟40-41
• 2.2.2 實驗結(jié)果與分析41-51
• 2.3 通過PDMS表面修飾改性改善金屬膜的褶皺研究51-66
• 2.3.1 通過正己烷去除PDMS襯底中低聚體改善金屬膜的褶皺53-56
• 2.3.2 通過APTES修飾PDMS襯底改善金屬膜的褶皺56-58
• 2.3.3 實驗結(jié)果與分析58-66
• 2.4 本章小結(jié)66-67
• 第三章 基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列的設(shè)計與實現(xiàn)67-88
• 3.1 基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列的設(shè)計67-72
• 3.1.1 皮膚-電極接觸阻抗測量原理67-70
• 3.1.2 柔性MEMS球冠心電干電極陣列的設(shè)計70-72
• 3.2 基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列的實現(xiàn)72-78
• 3.2.1 柔性MEMS球冠心電干電極陣列制備工藝流程72-73
• 3.2.2 柔性MEMS球冠心電干電極陣列表面電鍍鎳的仿真模型73-76
• 3.2.3 仿倒裝焊的電極引線與封裝工藝76-78
• 3.3 基于柔性PDMS襯底的MEMS球冠心電干電極陣列性能測試78-86
• 3.3.1 柔性MEMS球冠心電干電極陣列的形貌測試78-79
• 3.3.2 柔性MEMS球冠心電干電極陣列表面電鍍鎳的仿真結(jié)果79-81
• 3.3.3 柔性MEMS球冠心電干電極陣列的皮膚-電極接觸阻抗測試81-84
• 3.3.4 柔性MEMS球冠心電干電極陣列的心電信號提取測試84-86
• 3.4 本章小結(jié)86-88
• 第四章 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電信號采集與處理研究88-126
• 4.1 柔性MEMS球冠干電極陣列采集的心電信號的特點88-90
• 4.2 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電信號采集硬件電路設(shè)計90-95
• 4.2.1 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電采集硬件電路設(shè)計要求90-91
• 4.2.2 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電采集硬件電路設(shè)計方案91-95
• 4.3 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電信號壓縮算法95-100
• 4.3.1 哈夫曼編碼與字典編碼基本理論95-97
• 4.3.2 基于改進哈夫曼編碼與靜態(tài)字典編碼的心電信號壓縮算法97-99
• 4.3.3 心電壓縮結(jié)果分析99-100
• 4.4 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電信號去噪算法100-116
• 4.4.1 經(jīng)典小波變換與提升小波變換102-106
• 4.4.2 基于單步提升離散小波變換的心電信號去噪算法106-112
• 4.4.3 去噪結(jié)果分析112-116
• 4.5 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電信號特征提取算法116-125
• 4.5.1 Lipschitz指數(shù)與Marr小波變換116-117
• 4.5.2 R波峰值點檢測算法117-119
• 4.5.3 QRS波起始點檢測算法119-120
• 4.5.4 QRS波檢測結(jié)果分析120-125
• 4.6 本章小結(jié)125-126
• 第五章 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的智能心電監(jiān)護系統(tǒng)實現(xiàn)126-135
• 5.1 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的心電監(jiān)護系統(tǒng)軟件設(shè)計126-128
• 5.2 基于柔性MEMS球冠干電極陣列的智能心電監(jiān)護系統(tǒng)性能測試128-134
• 5.2.1 用戶移動終端測試128-132
• 5.2.2 遠程心電監(jiān)護網(wǎng)頁測試132-133
• 5.2.3 系統(tǒng)功耗與智能心電監(jiān)護軟件兼容性測試133-134
• 5.3 本章小結(jié)134-135
• 第六章 總結(jié)與展望135-137
• 6.1 研究工作總結(jié)135-136
• 6.2 研究展望136-137
• 參考文獻137-147
• 致謝147-148
• 攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文148

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 季虎;孫即祥;毛玲;;基于小波變換與形態(tài)學(xué)運算的ECG自適應(yīng)濾波算法[J];信號處理;2006年03期

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本文編號：525986