基于容性耦合电极和压缩感知的心电检测技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shires2006
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心血管疾病是危害人们生命健康的主要疾病之一。动态心电监测技术是在日常生活和工作状态下对心电图进行记录的手段,可以对心血管疾病进行预警和监测。面向移动医疗监护领域,本论文针对动态心电检测技术中舒适性和低功耗的需求,探讨了容性耦合电极技术和压缩感知技术在心电信号检测方法中的应用。  基于容性耦合原理,研制出四层结构,直径为30mm的集成检测电极。建立了心电检测前端的电路模型,对模型的的输出信号、增益函数、噪声密度等参量的表示形式进行了推导和分析。在敏感面中,设计在有源驱动保护层外环增加接地屏蔽环,增强了检测电极的抗干扰能力。使用所研制的集成电极有效测量得到了非接触形式下的心电信号。  研究了压缩感知理论在心电信号检测中的应用。分析总结了压缩感知理论应用中的关键技术。使用归一化均方误差和R点位置准确度作为心电信号检测中恢复效果的质量评判标准。计算和分析了心电信号在变换域的稀疏性,对不同稀疏基的恢复质量进行了分析,确定db4小波基为心电信号的稀疏基。对轻量化的测量矩阵设计进行了研究,研究了二值随机矩阵的设计方法,分别提出了按位存储和按位置存储的测量矩阵存储方法,设计实现了512B的最小测量矩阵,从而可以将测量矩阵存储在片内,为压缩感知的实际应用提供了实现基础。对比和分析了BP算法、OMP算法和CoSaMP算法的恢复质量和恢复时间,提出了心电信号的实时压缩感知检测方法,并扩展应用于呼吸信号的检测。  研制并测试了心电与阻抗检测节点、非接触心电检测节点以及多导心电检测节点。完成了主控单元的控制软件以及上位机处理软件的设计。提出了在主控单元中的实时压缩感知计算方法,减少了存储空间占用,提高了数据输出速度。对硬件节点的系统本体噪声和电流消耗进行了测试。完成了传感器节点的实际检测实验,对心电信号、呼吸信号、心阻抗信号、非接触心电信号、多导心电信号进行了有效的检测,并进行了实时压缩感知检测应用。
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