生物散斑測(cè)量技術(shù)是一種全場(chǎng)、非接觸、高精度、操作簡(jiǎn)便、低成本的光學(xué)測(cè)量技術(shù)。隨著近年來(lái)光電子技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展,生物散斑測(cè)量技術(shù)更是受到了廣泛的關(guān)注�；趧�(dòng)態(tài)生物散斑的人體心率和脈搏波測(cè)量方法具有非接觸式、遠(yuǎn)距離測(cè)量的特點(diǎn),可彌補(bǔ)傳統(tǒng)生理信息測(cè)量方法需要直接接觸人體皮膚的不足,在人體生理信息檢測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值,可廣泛用于醫(yī)療診斷、活體檢測(cè)、健康監(jiān)護(hù)、災(zāi)難救援等領(lǐng)域。本論文研究了一種基于動(dòng)態(tài)生物散斑的人體心率和脈搏波非接觸式測(cè)量方法。論文從文獻(xiàn)綜述、測(cè)量原理、數(shù)據(jù)采集、心率和脈搏波提取算法等多方面開展研究,成功地實(shí)現(xiàn)了人體平均心率和瞬時(shí)心率信息的非接觸式測(cè)量,并重構(gòu)出了脈搏波的波形,進(jìn)而通過(guò)不同實(shí)驗(yàn)條件、不同測(cè)試對(duì)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和對(duì)比,驗(yàn)證了論文所建立的基于動(dòng)態(tài)生物散斑非接觸式人體心率和脈搏波測(cè)量方法和算法的準(zhǔn)確性、可靠性和魯棒性。本論文的主要工作內(nèi)容概括如下:(1)介紹了醫(yī)療領(lǐng)域中人體脈搏測(cè)量方法的發(fā)展歷史和非接觸式脈搏測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并對(duì)現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其在心率和脈搏波測(cè)量中的應(yīng)用做出了概述和分析。(2)對(duì)激光散斑產(chǎn)生原理、激光散斑分類及其數(shù)學(xué)描述進(jìn)行了詳細(xì)分析,闡述了生物散斑的形成機(jī)制,并詳細(xì)介紹了生物散斑數(shù)據(jù)處理的幾種圖像處理算法。(3)闡述了激光散斑非接觸式測(cè)量人體心率和脈搏波的基本原理,對(duì)比分析了灰度值法、質(zhì)心法、數(shù)字散斑相關(guān)法等圖像處理算法對(duì)動(dòng)態(tài)生物散斑視頻的處理結(jié)果,并選擇了數(shù)字散斑相關(guān)算法進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)散斑視頻數(shù)據(jù)的處理。(4)進(jìn)行了生物散斑非接觸式測(cè)量人體平均心率和脈搏波的實(shí)驗(yàn),首先分析了實(shí)驗(yàn)的基本原理及實(shí)驗(yàn)步驟,在動(dòng)態(tài)生物散斑視頻的采集中主要介紹了其過(guò)程以及如何提高動(dòng)態(tài)生物散斑視頻的質(zhì)量,散斑視頻的處理使用了數(shù)字散斑相關(guān)算法,通過(guò)對(duì)相鄰兩幀散斑視頻之間的互相關(guān)系數(shù)信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析,從其頻譜圖中提取出平均心率和脈搏波信息,通過(guò)與醫(yī)用血氧探頭測(cè)量結(jié)果的對(duì)比和誤差分析驗(yàn)證生物散斑非接觸式測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性和魯棒性。(5)進(jìn)行了生物散斑非接觸式測(cè)量人體瞬時(shí)心率的實(shí)驗(yàn),在動(dòng)態(tài)生物散斑視頻數(shù)據(jù)的處理中提出了對(duì)原始的互相關(guān)系數(shù)信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)算法,通過(guò)分析自相關(guān)系數(shù)曲線的峰值點(diǎn)位置即可計(jì)算出人體的瞬時(shí)心率變化。通過(guò)多種不同條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性以及魯棒性,最后還分析了實(shí)驗(yàn)中可能存在的測(cè)量誤差并給出避免或減小測(cè)量誤差的方法。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R318;TP391.41
【部分圖文】：

受幸福生活的同時(shí)，也伴隨著我國(guó)人口老齡化的加速，隨之帶來(lái)的還有國(guó)民心血??管疾病的發(fā)病率逐年提升。心血管疾病是危害人類身體健康的罪魁禍?zhǔn)字�，�??為常見于５０歲以上人群和動(dòng)脈硬化者。圖１．１為１９９０－２０１５年中國(guó)城鄉(xiāng)居民心??血管病死亡率變化圖，據(jù)２０１８年１月發(fā)布的《中國(guó)心血管病報(bào)告２０１７》⑴顯示??稱，目前我國(guó)心血管疾病的死亡率占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位，心血管疾病患??病率及死亡率仍逐年上升且今后１０年心血管疾病的患病人數(shù)仍會(huì)快速增長(zhǎng)。因??此，心血管疾病的有效預(yù)防和治療一直是醫(yī)學(xué)界面臨的一大難題。如果能對(duì)心血??管的相關(guān)參數(shù)做出準(zhǔn)確的測(cè)量和判斷，就可以在很大程度上減少心血管疾病的發(fā)??病率，所以對(duì)人體心率和脈搏波信息的準(zhǔn)確測(cè)量就顯得尤為重要。??３００?ｒ?取??城市?－農(nóng)村?Ｆ??￡?２５０?－??ｉＪ?２００?－??１７５??（年份）??圖１．１?１９９０－２０１５年中國(guó)城鄉(xiāng)居民心血管病死亡率變化??傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中主要利用脈搏計(jì)、血氧儀或心電圖儀等醫(yī)學(xué)測(cè)量設(shè)備來(lái)進(jìn)行人體??脈搏的測(cè)量。這些儀器在測(cè)量精確度上足以滿足人們的需求，對(duì)心血管疾病的預(yù)??１??

早在我國(guó)的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就有了通過(guò)“望、聞、問(wèn)、切”的方法來(lái)觀察??病人的脈搏信息，從而對(duì)病人的病情進(jìn)行診斷。其中的“切”就是“中醫(yī)脈診學(xué)”里??面的脈診如圖１．２所示為我國(guó)古代時(shí)期的傳統(tǒng)脈診示意圖，醫(yī)生通過(guò)把脈來(lái)??獲得人體的脈搏信息，再根據(jù)“中醫(yī)脈診學(xué)”中相應(yīng)的脈學(xué)理論就可以分析和診斷??出病人的身體健康狀況。盡管此種脈診方法經(jīng)歷了兩千多年一直沿用至今，但其??中始終包含個(gè)人主觀臆斷因素，無(wú)法實(shí)現(xiàn)脈診的客觀化和科學(xué)化。??圖１．２傳統(tǒng)脈診示意圖??２??

體的心臟搏動(dòng)可以通過(guò)全身的動(dòng)脈傳播，人體的動(dòng)脈皮膚表層會(huì)因此產(chǎn)生有規(guī)律??的振動(dòng)，而壓力傳感器可以捕捉到這種振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而得到人體??的脈搏數(shù)據(jù)。通過(guò)動(dòng)脈血壓傳感器進(jìn)行脈搏檢測(cè)解決了傳統(tǒng)脈診中主觀臆斷的不??足，但是由于壓力傳感器會(huì)壓迫被測(cè)對(duì)象的動(dòng)脈而導(dǎo)致血流不暢，這大大增加了??測(cè)量結(jié)果的誤差，同時(shí)也帶來(lái)了極大的使用不便。??目前醫(yī)院中大多使用心電測(cè)量法［３］來(lái)對(duì)病人的脈搏信息進(jìn)行檢測(cè)，主要是使??用心電圖測(cè)量?jī)x、生命體征監(jiān)測(cè)儀等心電測(cè)量設(shè)備來(lái)進(jìn)行測(cè)量。將心電圖測(cè)量?jī)x??的測(cè)量電極放置在人體的某些特定部位，在人體的每個(gè)心動(dòng)周期中由于心臟的各??個(gè)部分會(huì)產(chǎn)生有規(guī)律的生物電變化，這種生物電變化會(huì)通過(guò)人體的體液傳播至身??體各部位，使其產(chǎn)生不同的電位，通過(guò)測(cè)量身體不同部位之間的電位差并進(jìn)行連??續(xù)記錄和處理就可得到心電圖波形。從心電圖中不僅可以得到人體的心率，還能??觀察分析出心臟活動(dòng)信息及脈搏波傳輸信息［４］，如圖１．３為常見的動(dòng)脈血壓傳感??器和心電圖測(cè)量?jī)x。??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2840295