胸戴式心电呼吸采集装置的研究与实现

作     者：黄博强 

作者单位：重庆邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：庞宇

授予年度：2018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：体征参数检测 心电信号 呼吸信号 三轴加速度 心率 呼吸率 

摘      要：近年来,心血管疾病、呼吸道疾病成为死亡率较高的慢性疾病,严重威胁到人们的生命健康。心电呼吸信号作为人体重要的体征信号,富含人体的生理信息,也是心血管疾病、呼吸道疾病诊断的重要依据。目前,市面上流行的便携式医用监护仪,普遍存在体积大、价格高、不方便长时间监护的问题。针对以上问题,本文基于体征参数监护设计了一款微型化、低成本、可实现长时间监测的便携式心电呼吸检测装置。以手机终端作为体征信息显示平台,可与装置进行良好的数据交互,硬件平台还具备扩展功能,可添加更多的人体信息。本文在信号采集方式上,融合了可穿戴检测方案的优势。摒弃了传统湿电极CM5导联检测心电信号的方式,而是采用了单导联胸带式检测方法,该方法是以导电硅胶制成的胸带式装备作为信号采集传感器,采集方便、灵活且可控性强。信号核心处理器STM32L151CBT6具有ARM cortex3的内核,可同时与ADS1292R、ADXL345进行数据交互,实现心电、呼吸、加速度信号的稳定采集、高精度采样、信号合理调度。通过PCB布局制成电路板,结合环氧树脂材质的电路盒进行实物封装,形成可穿戴装备实现心电呼吸、人体姿态的同步检测。针对心电呼吸信号中常见的高频、工频与基线噪声干扰,本文研究了低通数字滤波器、陷波器与形态学等方法去除,这几种数字滤波方法可有效消除心电呼吸信号中混入的噪声信号。在完成数字滤波后,采用计算量小的差分阈值法识别心电信号QRS波群,定位R波求出RR间期,计算心率值;根据呼吸信号波形特点,采用逐点判别法找出极大值点,求出极值点间期计算呼吸率。以上信号处理方法与参数值计算方法,不借助手机高性能处理,仅依托硬件核心处理器实现。根据设计需求,本文需要对整个采集装置的功耗、数据测量准确度与稳定性进行测试。结果表明,装置功耗为66.6mw;静止状态下,心率的平均误差率控制在2%以内,呼吸率的平均误差率控制在4%以内;正常活动状态下,心率的平均误差率控制在5%以内,呼吸率的平均误差率控制在6%以内。通过以上测试表明,本文设计的体征参数采集装置符合设计要求。