运动中的脑氧、肌氧和心率无线同步采集系统研究

设计实时的脑组织血氧量、肌肉组织血氧量和瞬时心率无损同步检测方案与设备,为研究高强度运动对心脑冲击影响、探讨高强度运动中代谢规律提供测试手段.采用双波长近红外光组织氧检测电路测量脑和肌肉中血红蛋白的变化情况;采用心电极检测心率;以nRF9E5为核心设计电路对脑氧、肌氧和心率进行同步采集和无线传输;以PC配接nRF9E5接收电路描记运动中脑氧、肌氧和心率的变化.进行100米跑和套路演练实验,得到了相关数据.脑氧、肌氧和心率无线实时同步采集系统的设计在运动监控和研究中具有重要作用.     

抗运动干扰的人脸视频心率估计

该文针对现有的人脸视频心率检测方法在现实情景中受运动干扰难以准确估计心率的问题,提出一种抑制运动干扰的非接触式心率估计新方法。首先利用判别响应图拟合与KLT跟踪算法消除人脸的刚性运动干扰;然后使用对运动鲁棒的色度特征进行两步心率估计,并引入空间梯度因子调控空域和频域的权重,抑制非刚性运动的干扰;最终得到人脸不同区域融合的平均心率数值和信号波形图,实现心率的精确估计。实验结果表明:所提方法相比其它的基于人脸视频的心率估计方法优势明显,提升了信号波形图和真实脉搏波形的一致性,进一步提高了心率估计的精度和鲁棒性。     

基于心率监测的建筑工人生理疲劳分析

人体在进入疲劳状态时生理参数会发生相应的变化.为了探讨砌砖工人在持续体力劳动作业时心率和心率变异(HRV)对人体生理疲劳的影响,针对疲劳与心率的关系提出评价生理疲劳的数学模型.选取15名健康受试者(男性)在搭建的86 cm平台模拟砌砖工人作业.持续作业30 min进行一次心率变异数据的收集.同时,使用心率传感器对心率进行实时监测.本文采用方差分析、t检验和非线性拟合的方法对疲劳对心率和心率变异的影响进行分析.结果表明,生理疲劳使心率波动程度有显著变化(检验水准α=0.05水平,概率P<0.05),随着生理疲劳程度的加重,人体心率需要更长的时间才能恢复至正常值.受试者HRV并无显著性差异(α=0.05,P>0.05).非线性拟合结果(R2=0.8892)显示,生理疲劳的发展趋势呈现出"S型"的趋势.据此提出,生理疲劳分为3个阶段:疲劳调整期、疲劳稳定期和疲劳失稳期.在疲劳失稳期前(试验中约为90min)受试者休息,可以减缓或延迟生理疲劳的发生.      

基于情绪体验的ASD儿童干预机器人造型研究

目的 为提升ASD儿童干预机器人的训练效果,为教辅人员、设计师等提供参考,提出以ASD儿童情绪体验特点为基础的干预机器人拟人化造型特征评价方法。方法 对市场上的机器人造型样本进行拟人度评分,并从中选取代表性样本;从20余项HRV指标中筛选出8项代表性指标,通过HRV实验收集数据;使用改进的PAD情绪量表获取ASD儿童情绪体验主观得分;通过逐步回归法筛选出对情绪体验得分影响较大的HRV指标;以HRV指标为自变量、情绪体验得分为因变量,建立回归关系,为ASD儿童干预机器人造型的设计和方案评价提供理论依据。结果 研究表明,几何型机器人往往带来“放松的”情绪体验,类人型机器人会带来“高兴的”情绪体验,而真人型机器人则可能带来“焦虑的”情绪体验。同时,ASD儿童的愉悦度、唤醒度、优势度与HRV指标之间存在一定的相关性。结论 将改进的PAD情绪量表应用于ASD儿童干预机器人的造型评价中,建立情绪体验和HRV指标之间的回归模型,为设计和评估适合ASD儿童的机器人提供了理论依据,更好地促进了ASD儿童干预机器人的发展。     

太空锻炼区人机界面色彩环境舒适度设计研究

目的 研究载人航天器锻炼区在不同色彩环境下对运动锻炼的色彩环境舒适度、运动欲望及心率上升率的影响。方法 36名受试者分为头低位组(实验组)和立位组(对照组),实验要求被试者进行主观问卷评价,同时采集实验中的客观数据。对主观评价结果进行方差分析,并对心率信号进行心率上升率换算,分析不同色彩下主观评价和心率数据的差异。最后以航天器锻炼区的色彩搭配为例进行设计验证。结果 主观评价显示,不同颜色对心理状态都有显著性差异;在色彩环境舒适度上,通过研究冷暖色调对运动色彩环境舒适度均值的影响后发现,无色彩环境相对于其他颜色表现出显著差异性;在运动欲望上,通过分析色彩的冷暖色调对运动欲望均值的影响发现,暖色环境相对于冷色表现出显著差异性。客观数据显示,不同色彩下心率波动均在正常范围内,而不同色彩环境下心率上升率差异不大,无统计学意义。在不同状态下心率上升率有显著差异。结论 在狭小、密闭的锻炼空间中,暖色环境相比冷色环境和无色彩环境更容易影响人的运动欲望,其中黄色环境表现较为明显,而相比有色彩环境下,在无色彩环境下的运动则更为舒适。最后依据实验结论开展设计实践。     

基于FPGA的数字式心率计

介绍了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字式心率计。该仪器采用FPGA和VHDL语言实现时钟分频、波形变换、心率测量、告警控制及数码转换等功能,能够实时测量瞬时心率和平均心率,并能提供心率异常告警信息。该仪器使用元器件数量少、工作稳定可靠、显示直观,测量范围为20～200跳/分钟,测量误差小于1%。     

基于MEMS传感器的胎儿心率检测仪

对胎儿心率的监护,能够监测出胎儿在母体的突发情况,并及时进行救治,可有效预防围产期胎儿死亡.本文运用一种新型MEMS加速度传感器,设计制作出一个小型化、便携式的胎儿心率监护仪.据有体积小、重量轻、功耗低的特点,便于在日常生活中随身携带,方便实用.     

高压交流电场中单液滴变形度影响因素

采用不同的白油和水为实验介质对高压交流电场作用下单液滴的变形特性进行了研究。研究了电场强度、油品黏度、界面张力以及液滴直径等因素对液滴变形度的影响规律,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对单液滴的变形规律进行了观察和分析。结果表明：液滴变形度主要受电场强度、液滴直径以及界面张力等的影响。与电场强度的N（1.7<N<2.4）次幂呈正比;与液滴直径近似呈线性关系;界面张力较低时,液滴更容易变形。油品黏度对液滴变形度没有明显影响。在变形度较小时,离心率和Weissenberg数具有较好的一致性,但We不适用于变形度较大的情况。     

一种基于嵌入式平台的非接触式心率监测系统研究

心率的长期监测对心血管疾病的预防和治疗具有重要意义。当前心率检测常用的监护仪、心电图机、智能手表和运动手环等均属于接触式测量装置,长期佩戴易产生压痕,甚至给使用者带来不适。在非接触测量方面,远程光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmography, rPPG)可以通过分析面部视频获取心率,是一种很有潜力的心率长期监测方法。目前,绝大多数对于rPPG的研究都在使用电脑做数据分析,体积过大不易摆放,难以满足医学临床和家庭日常使用的需求。针对这一问题,本文尝试在嵌入式平台上依据rPPG原理实现心率监测。监测系统主要由树莓派4B开发板、相机和触摸屏组成。采用AdaBoost算法实现人脸识别与追踪,选取额头和脸颊作为感兴趣区域(range of interest, ROI),利用巴特沃斯带通滤波去噪,根据POS模型提取BVP波形,对来自不同ROI的BVP波形做盲源分离得到最终的脉搏波,最后利用能谱分析计算心率。实验结果表明本文所研究的系统具有与PC端相同的心率检测准确性和鲁棒性。本文的研究成果可以为心率长期监测设备的小型化和普及做出自己的贡献,也可以为智慧医疗中的远程监测...     

两类情感状态下心电与心率变异性信号的非线性分析

针对平静（无情感激发状态）和恐惧（有情感激发状态）这两类情感状态,采集了其心电信号数据样本,研究了有情感和没情感状态下心电信号中的情感信息。通过分析这两类情感状态下的心电信号的QT间期对RR间期的散点图、功率谱图的1/f分布以及心率变异性（HRV）信号的Poincare截面图,计算得到了这些非线性特征的关于两类情感状态的分类识别率,同时与心电信号统计特征的识别率做了对比。发现此种提取心电信号非线性特征的方法较于之前的统计特征方法,在识别有情感和没情感这两类情感状态时具有较好的识别效果。