【摘 要】
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高血压作为全球最普遍的疾病之一,由于通常没有早期症状,又被称为“沉默的杀手”。全球约1/3的人被高血压困扰,每年死亡率多达750万人。因此,人们需要低成本、穿戴舒适、可以持续进行健康监测的设备,以检测其心率和血压等生命体征,并提供反馈以帮助维持健康状态。柔性可穿戴传感器因其佩戴舒适、轻薄、可拉伸等优点而受到研究者的关注。本文主要研究了柔性可穿戴心率、血压传感系统,主要研究内容包括:首先,使用柔性传
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高血压作为全球最普遍的疾病之一,由于通常没有早期症状,又被称为“沉默的杀手”。全球约1/3的人被高血压困扰,每年死亡率多达750万人。因此,人们需要低成本、穿戴舒适、可以持续进行健康监测的设备,以检测其心率和血压等生命体征,并提供反馈以帮助维持健康状态。柔性可穿戴传感器因其佩戴舒适、轻薄、可拉伸等优点而受到研究者的关注。本文主要研究了柔性可穿戴心率、血压传感系统,主要研究内容包括:首先,使用柔性传感器技术（光刻、激光切等工艺）,制作出了双层蛇形线电路。对比多种柔性基底性能后,选择生物兼容性好、可拉伸的PDMS作为柔性基底。使用回流焊焊接光电器件,实现了可拉伸电路制备。基于柔性光电容积法,设计了心率、血压监测传感器。基于Labview图形化编程环境,实现了传感器的同步数据采集,并实现可视化页面、模数转换、控制信号输入范围、信号采样频率设置等。设计了低通滤波器,完成了信号的初步滤波,从而获得了心率和血压感知数据,并完成了数据的同步和存储。其次,研究了刚性、柔性光电容积脉搏波传感器在佩戴舒适性和信号质量上的差异,发现柔性光电容积脉搏波传感器佩戴更轻便舒适,采集到的信号质量更好。测试有无环境光照、气流冲击和高温屏蔽线、温度对柔性传感器性能的影响。实验结果表明,在传感器背面旋涂固化绝缘胶水可以消除环境光照干扰;在柔性传感器上覆盖二氧化硅纳米隔热气凝胶保护毡后可以有效抗击气流冲击并隔绝温度,降低其对信号的干扰;同时使用3 m长的高温屏蔽线进行信号传输,可使信号衰减比较少。此外,对采集到的原始生理信号进行预处理和特征提取,以进行心率和血压计算。最后,基于自主设计的心率、血压传感器获得了多名志愿者的数据,实现了三种血压计算模型。其中一元线性回归方程模型的血压误差为收缩压（Systolic Blood Pressure,SBP）:3.68±2.37 mm Hg,舒张压（Diastolic Blood Pressure,DBP）:4.9±3.78 mm Hg。二元线性回归方程模型的血压误差为SBP:3.61±2.62 mm Hg,DBP:4.72±3.46 mm Hg。基于模型二优化基础的卡尔曼滤波血压计算模型误差为SBP:2.94±2.35 mm Hg,DBP:3.41±2.94 mm Hg。结果表明,引入卡尔曼滤波算法计算血压不仅能够减少校准的次数,还能提高血压检测精度。其中心率计算的误差率为2.0%。
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