压电薄膜式心冲击图信号采集系统的开发与应用

发布时间：2017-04-24 10:10

  本文关键词：压电薄膜式心冲击图信号采集系统的开发与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在生活节奏越来越快的当今社会里，心血管疾病患病人数逐渐增多，且有向低龄化发展的趋势。预防、诊断、治疗和康复是心血管疾病医疗领域的关键，其中，80%的心脏病早逝在早检查早预防的前提下是可以避免的，因此在心脏病早期检查中，提供一种简便低廉的检测方法是具有很重大的意义的。心冲击图(Ballistocardiagram，BCG)信号采集技术基于作用力与反作用力原理，提取心脏射血期间对人体重力方向产生的微弱力学信号，即心冲击图原始信号，，对其进行放大、滤波、隔直、陷波等一系列处理之后得到心冲击图信号。心冲击图信号中蕴含着丰富的人体心血管功能信息，通过对心冲击图信号的处理与分析有助于心血管疾病的早期发现。由于该技术具备非创伤性、便捷快速、成本低廉等优势，非常适用于心血管功能疾病的日常监护。 本文对压电薄膜式心冲击图信号采集系统进行设计与研制，主要工作包括： 1.设计压电薄膜(PVDF Piezoelectric Film)式心冲击图信号采集系统：系统主要由电源供电模块、心冲击图信号采集模块和参考信号采集模块组成。其中，心冲击图信号采集模块是系统功能实现的核心，利用电荷敏感前置放大器、低通滤波器、工频陷波器和缓冲级等对压电薄膜传感器提取的原始BCG信号进行预处理，使之符合信号A/D转换前的要求。参考信号采集模块包括脉搏信号(Blood Pulse，MB)和心电信号(Electrocardiogram，ECG)的同步采集，MB信号和ECG信号可作为BCG信号后续分析的参考信号，此模块使系统成为多生理参数采集设备。 2.实验验证系统的可靠性与有效性：运用此系统采集了10位健康被试的BCG信号，ECG信号和MB信号。从采集的波形可以明显辨别出BCG信号的峰值信息，得到BCG信号与心血管循环相关的结论。将由BCG信号计算出人体心率信息与同步采集的ECG信号中计算得到的心率信息相对比，得出两者具有较强的相关性的结论。 3.医学信号分析处理：运用小波变换对系统采集的心冲击图信号进行去噪处理，讨论不同小波函数与不同分解尺度下信号去噪效果的差异性，选择合适的小波函数和分解尺度有利于提高信号提取的准确性。此外，运用分形理论对健康人和心脏病患者的心冲击图信号进行处理与分析，验证其对于心血管疾病检测的有效性。 本文研制的压电薄膜式心冲击图信号采集系统可以准确测量提取心冲击图信号，脉搏信号和心电信号，并可得到心血管功能相关信息。
【关键词】：心冲击图 压电薄膜 小波变换 分形理论
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN911.7;R318.04
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题的背景和研究意义8-10
• 1.2 心冲击图检测心脏功能技术概述10-15
• 1.2.1 心冲击图原理10
• 1.2.2 心冲击图信号特点10-11
• 1.2.3 心冲击图主要测量方式11-14
• 1.2.4 心冲击图技术的应用14-15
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势15-18
• 1.3.1 心冲击图技术发展历史与趋势15-16
• 1.3.2 心冲击图技术国内外研究现状16-18
• 1.4 本论文主要研究内容18-20
• 第二章 心冲击图信号采集系统构成20-28
• 2.1 系统总体设计20-21
• 2.2 硬件设计21-27
• 2.2.1 压电薄膜传感器21-22
• 2.2.2 心冲击图信号处理电路22-25
• 2.2.3 其他生理信号测量电路25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 医学实验设计与数据采集28-32
• 3.1 初步医学实验设计28-30
• 3.2 数据采集结果与分析30-31
• 3.2.1 心动周期计算结果比较30-31
• 3.2.2 心冲击图与心电图的相位关系31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 心冲击图信号去噪方法32-42
• 4.1 基于小波变换的去噪方法32-40
• 4.1.1 心冲击图信号主要噪声来源32-33
• 4.1.2 小波算法理论基础33-35
• 4.1.3 信号去噪处理结果展示与分析35-40
• 4.2 本章小结40-42
• 第五章 分形理论在心冲击图信号处理中的应用42-50
• 5.1 分形理论概述42-43
• 5.2 Hurst 指数理论43-45
• 5.2.1 自相似过程的 Hurst 效应43-44
• 5.2.2 Hurst 指数分析方法概述44-45
• 5.3 基于 Hurst 指数的 BCG 病理信号分析45-49
• 5.3.1 实验数据采集45-47
• 5.3.2 实验信号分析47-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 6.1 总结50
• 6.2 展望50-52
• 参考文献52-56
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果56-58
• 致谢58

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本文编号：323995