【摘要】：心血管疾病(CVD)患病率在中國處于持續(xù)上升階段。高血壓、冠心病、急性心肌梗死(AMI)等發(fā)病率和死亡率總體呈上升態(tài)勢。早期長期和動態(tài)監(jiān)測,以捕捉短暫非持續(xù)性的異常心電變化,對預防心臟疾病、判斷病情和挽救患者生命非常重要。但是目前可用于長期舒適穿戴連續(xù)動態(tài)的獲取心電的柔性織物傳感(電極)仍然缺乏。這主要原因之一是凝膠濕電極長期貼在皮膚上容易隨著使用時間風干脫落,且容易滋生細菌而紅腫等不良反應。柔性織物心電電極將是很有潛力的解決途徑,在長期動態(tài)獲取心電信號方面具有明顯優(yōu)勢,已呈現(xiàn)出良好發(fā)展態(tài)勢。然而由于柔性心電電極的理論缺乏和技術滯后給臨床實用化研究帶來挑戰(zhàn)。這主要表現(xiàn)在,長期動態(tài)心電檢測追求電極的穿戴舒適性和非突異,這就需要生理檢測電極具有更接近普通衣物或織物的良好機械特性,例如高彈性、柔性、松緊性和透氣性。但是,人在日�；顒酉聶z測心電時,容易造成織物電極的滑動、變形與脫落,并可能受到垂直壓力,而且運動狀態(tài)下的皮膚拓撲也容易發(fā)生變形,從而引起運動偽跡。另外,除去織物電極的運動偽跡仍然是移動心電監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn)。本文從柔性織物電極觸面特性、織物電極的運動偽跡產(chǎn)生機理和運動偽跡抑制方法三個方面進行研究和探索,主要工作和創(chuàng)新點有以下幾方面:(1)織物電極觸面特性通過織物電極-皮膚界面的電極電化學反應過程、電氣特性和人體層次結構,提出了織物電極-皮膚界面的等效電路模型。該模型根據(jù)柔性織物電極觸面的紡織紋理結構、與皮膚接觸時無凝膠僅靠皮膚表面上一層薄薄的汗液或水分充當電解質(zhì),把電極看作接觸式和非接觸式電極并聯(lián)進行等效。界面等效電路元件是電極的有效面積的函數(shù),這樣等效利于分析運動偽跡。用電化學阻抗譜分析方法對該模型進行驗證和評估,并分析了模型各個參數(shù)與面積的關系。實驗結果顯示該模型參數(shù)擬合誤差小,等效參數(shù)物理意義合理。接著利用該界面等效電路模型的參數(shù)分析了織物電極觸面(或界面)阻抗、相位和電極的面積對心電信號的影響。實驗分析結果得出,與標準一次性凝膠Ag/AgCl電極相比,織物電極-界面阻抗更大,滿足相差要求前端輸入阻抗更大,人靜止時半徑為2-3cm圓形織物電極采集的心電波形能與標準電極媲美。(2)織物電極的運動偽跡通過對電極過程本質(zhì)、金屬相與液相界面理論來分析界面電勢差產(chǎn)生機理,進而分析界面雙電層電容充放電及其電荷分布。再在利用界面雙電層電荷分布及其再分布并且結合流體動力學和電化學動力學相關理論,建立了織物電極與皮膚相對運動的運動偽跡動態(tài)模型。利用該模型分析了運動偽跡的產(chǎn)生機理、來源和引起運動偽跡的因素。再結合皮膚特性分析得出,織物電極的運動偽跡主要來源是界面雙電層電容極間電勢變化和表皮內(nèi)外電勢變化;主要的引起因素是織物電極與皮膚相對運動導致雙電層擾動以及電極有效面積的改變和皮膚變形。根據(jù)產(chǎn)生來源和引起因素,提出增加軟墊和擴展支撐面積來緩沖電極與皮膚相對運動和減弱皮膚變形,并優(yōu)化電極結構,從源頭上防止或減少運動偽跡產(chǎn)生的方法。實驗結果得出,該方法能有效地減少織物電極的運動偽跡。(3)運動偽跡抑制算法根據(jù)織物電極的運動偽跡來源、運動偽跡引起因素和運動偽跡特征三個方面提出三種方法來處理移動心電的運動偽跡,都能有效地除去或減少運動偽跡。即,基于輔助織物電極自適應運動偽跡消除算法是通過直接用輔助織物電極檢測工作電極附近的皮膚上電勢變化作為參考信號,并根據(jù)運動偽跡能量譜變化大的特征,本文在傳統(tǒng)算法上提出基于變換域自適應消除算法來處理運動偽跡�；诙鄳T性傳感自適應運動偽跡消除算法則用多個慣性傳感采集多運動信號再結合小波變換來提高與運動偽跡的相關性,并且根據(jù)運動偽跡引起因素多樣性,本文在單傳感的基礎上提出基于多傳感自適應算法來處理運動偽跡。基于單通道盲源分離算法是根據(jù)運動偽跡產(chǎn)生源與心電信號是獨立源并根據(jù)心電周期性而運動偽跡非周期性等先驗知識,本文提出用半盲源分離約束獨立分量分析算法來處理運動偽跡。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;R318

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 陳東義;;從移動到穿戴——探討可穿戴概念、技術與應用[J];重慶理工大學學報(自然科學);2015年08期

2 林紹杰;賴麗娟;吳效明;;基于阻抗檢測的自適應消除心電運動偽跡方法[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2010年03期

相關博士學位論文 前2條

1 孟瑩;基于柔性MEMS干電極陣列的智能心電監(jiān)護系統(tǒng)關鍵技術研究[D];上海交通大學;2015年

2 許鵬俊;用于體表心電監(jiān)測的紡織結構電極與皮膚之間機械作用分析及動態(tài)噪音研究[D];東華大學;2012年

本文編號：2772723