面向睡眠分析的心率检测方法及装置的研究

作     者：林仙立 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高小榕

授予年度：2004年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 10[医学] 

主      题：心电图 心音 脉搏血氧 梳状滤波器 

摘      要：新近研究表明睡眠中的心率监测可以用来对睡眠质量作初步的评估分析,它为睡眠的分析工作提供更为简便的手段。论文以硬件装置开发为重点,为实现睡眠检测中的心率检测,先后设计了心电、心音、脉搏这三类携有心率信息的生理信号检测装置。 基于MCU的多路电生理信号采集模块适用于睡眠中的应用,为睡眠心率检测提供最直观、严格的手段。系统电源以电池方式供电,功耗低、体积小,可连续长时间工作和高采样率采集数据,同时也可作为心电、脑电一体化的信号采集设备。系统以高位数A/D和8051 MCU组合为核心结构。 基于DSP的心音采集系统,不仅能够实现心率检测,同时又可做为一套完整的数字电子听诊系统。从功能上划分为两个子系统,DSP子系统借助Hilbert变换在数字信号处理器平台上实现心音信号的实时频谱单边带调制,使心音取得加强的听觉效果。Matlab GUI子系统由可视化编程控制PC机声卡对心音信号作出采集。 基于SOC的脉搏波采集系统,不仅可以实现睡眠中的心率检测,同时还可辅以睡眠中的动脉血氧饱和度监测。文中对脉搏血氧的光电检测原理、硬件电路结构、软件设计流程作出了详细分析。系统结构以光源驱动、光电转换和内带多路24位A/D转换器的MSC1210等电路为核心。 最后,论文为数字生理信号的预处理滤波提出了基于分数延迟的FIR型梳状滤波器设计。通过将高通纠漂滤波器与分数延迟(Fraction Delay)滤波器相结合,可实现出采样率与陷波点为分数关系下的梳状滤波器,并优化了它的实现结构。这种设计方法在通带内具有线性相位,且可以得到较好的陷波特性,从而对采集信号中出现的基线漂移、工频和各次谐波干扰可作出有效的滤除。