一种非接触心电测量方法的研究

目前的心电测量都需要在人体皮肤表面粘贴电极,这种测量方式不便用于日常生活中长时间的心电监测。利用耦合电容原理可以设计一种非接触心电测量方法,该方法通过测量电极与皮肤表面被测量部分形成的耦合电容来检测人体的心电信号,从而避免了粘贴电极,并在后续的心电信号处理过程中,针对本方法采集的心电信号易受干扰的特点,采用了一种自适应主成分分析(PCA)去噪算法。实验表明:这种非接触测量系统可以在不影响被测者正常活动的情况下实现对人体心电信号的长期监测。     

用于运动监护的心电模拟前端的设计

运动状态下,心脏的负荷增大,冠心病、心肌缺血等症状更容易在心电信号中表现出来,所以运动状态下测得的心电信号更能反映心脏的健康状况。设计了一种特殊结构的心电模拟前端,具有很高的输入阻抗(100 G||3pF)和极小的输入偏置电流(70 pA),在不使用贴片电极和导电膏的条件下,实现运动过程中的心电信号采集。该模拟前端能够有效抑制射频干扰、工频干扰和肌电干扰,保证心电信号的质量。采集到的心电数据经蓝牙无线传输到智能手机上,实现心电波形的分析与显示。实验结果表明,该模拟前端具备体积小、佩戴方便、低功耗等优点,与智能手机结合方便地实现运动心电监护的功能。     

基于电容耦合的多导联心电监测系统研究

传统的非接触式心电监测系统在硬质印刷电路板构建的电容电极基础上,使用单导联方式进行心电监测,且仅根据心率变化进行心脏异常诊断,无法满足当前临床诊断标准.基于电容耦合原理,设计了一款多导联心电监测系统,将3个由导电织布构成的柔性电容电极集成于椅座背部,用于获取标准肢体导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和加压单极肢体导联 aVR、aVL、aVF等6导联心电信号.借由导电织布式柔性电容电极与人体表面较好的接触效应,可以有效减小运动伪影的产生.通过与硬质PCB电极输出的心电波形相比,使用本系统的患者在移动情况下输出的心电波形保持相对平稳状态,无明显运动伪影.系统实验证实了此新型多导联心电监测仪的有效性,不仅可以满足个人日常心电监测使用,而且适于长期动态心电监测.     

基于容性耦合电极的可穿戴心电信号检测及其去噪算法研究

针对传统心电检测系统存在佩戴电极不方便和电极导电膏易脱水等问题,在研究分析电容耦合工作原理的基础上,设计了一种可穿戴容性耦合电极。针对这种可穿戴容性耦合电极,提出了一种改进小波阈值去噪算法,该算法结合心电信号与噪声小波系数分布特性,采用改进阈值函数对分解后小波系数量化处理并重构心电信号。利用MIT￣BIH数据库验证,该算法能有效消除心电信号中的噪声干扰,相比平滑滤波、数学形态滤波和经验模式分解信噪比提高了10.72％,均方误差减小了27.29％。心电检测实验表明可穿戴容性耦合心电信号检测系统能够准确检测出人体心电信号主要特征。     

基于小波变换的心电采集分析系统设计与实现

针对心电信号微弱和非平稳的特点,采用Ag/AgCl表面心电电极拾取心电信号,设计了心电信号预处理电路,并在LABVIEW环境下开发了心电信号小波滤波与心电波群检测应用程序;在LabVIEW程序设计过程中采用正交小波变换去除心电的基线漂移,再用非抽样小波变换去除心电信号中的噪声,最后用多尺度小波变换检测心电信号中的心电波群点位;经过实验表明,系统不仅能够有效的采集心电信号,消除信号中的基线漂移和噪声,并且还能找到心电倌号中重要的点位。     

基于小波变换的心电信号降噪处理

实测的心电信号不可避免地存在一些强干扰和噪声,为了实现准确地提取反映心电信号的特征信息,该文应用一维离散小波变换实现了对心电信号的降噪处理。实验研究结果表明,该方法能够有效地去除心电信号中的噪声,从而为心电信号特征信息的提取奠定了理论基础。     

基于实值离散Gabor变换的心电信号处理

心电信号是一种极易受到外界噪声干扰的人体生理信号。该文提出了一种基于实值离散Gabor变换的心电信号降噪方法,目的在于减少计算量的同时提高信噪比。实验结果表明,该方法能够有效地提高心电信号的信噪比,且能够比较清晰地还原出心电信号的波形及其特征。     

基于AD8232的心电实时监测及分析系统设计

为了方便对患者心电信号进行实时监测,实现对心脏疾病的及时预防及诊断,利用一款基于ATmega328p微控制器的Arduino开发板、一块心电监测前端模块AD8232及上位机软件LabVIEW开发出一套心电实时监测系统,并利用LabVIEW设计出多种软件滤波方法来抑制心电信号中的噪声。由于心电信号的时频特性能提供反映患者心脏活动动态行为的信息,该系统还包括基于LabVIEW设计出的多种用于心电信号实时分析的程序,使被试心电信号所包含的生理特性能够及时地被分析出来。利用所开发的心电实时监测分析系统对被试的心电信号进行采集和分析,发现系统能够非常灵敏、准确地检测心电信号,并对信号噪声有着很好的抑制能力。此外系统能够对信号进行各式的实时分析,且分析结果可靠,能够运用于临床诊断。利用该系统对心电信号进行实时采集和分析,其测量结果准确、去噪效果良好、分析结果可靠,为今后心电实时监测分析系统的设计提供了借鉴。     

可穿戴心电信号采集与分析系统的设计与实现

针对传统心电采集设备的移动限制性以及佩戴的不舒适性,根据可穿戴计算特点,设计并实现了穿戴式心电采集与分析系统。系统采用自主研发的12/单导联心电采集模块进行心电信号采集,数据可存于采集设备或经3G网络传输到服务器端,同时所开发的软件可对心电图进行辅助病情分析,实现对佩戴人的心电监护。还研究并制作了插入式电极和织物电极,并通过二者的结合提高了采集心电信号的质量。实际佩戴和使用结果表明,使用插入式织物电极的可穿戴式心电采集设备具有良好的舒适性,心电信号波形的质量能够达到临床监控的要求。     

心电信号去噪效果的评估与分析

心电信号是人体的主要生理信号之一,通过对心电信号的分析可了解心脏的健康状态,由于心电信号属于微弱低频信号,所以在采集过程中极易受到来自人体内部和外部的噪声干扰,影响心脏疾病诊断的效果。基线漂移、工频干扰和肌电干扰是心电信号采集过程中不能忽略的噪声干扰。对心电信号的相关去噪算法的效果进行对比分析。首先将模拟理想状态下的心电信号作为原始数据,同时模拟出心电信号中存在的基线漂移、工频干扰和肌电干扰。每种噪声干扰分别选择三种常用的去噪算法,采用信噪比、均方差和心电信号的频域特征的评估指标进行去噪效果的比较。在此基础上,提出了一种多噪声心电信号的去噪方法并给出去噪流程和效果。研究结果表明：（1）对于基线漂移、工频干扰和肌电干扰分别采用小波变换法、陷波滤波法和小波阈值法的去噪效果最好;（2）当心电信号含两种及两种以上噪声时,按照滤除基线漂移、工频干扰和肌电干扰的去噪顺序滤波效果最好。     

A flexible dry micro-dome electrode for ECG monitoring

This paper describes a flexible dry electrode with micro domes on polydimethylsiloxane (PDMS) for the monitoring of electrocardiogram (ECG). The fabrication procedure of this microstructure was mainly composed of melting photoresist, double-PDMS-molding, nickel (Ni) plating and encapsulation between two thin PDMS films. To investigate the performance of the fabricated micro-dome electrode, three dry electrodes with different arrays were fabricated to conduct the contact impendence measurements. ECG signals were measured by both the standard wet electrodes (Ag/AgCl) and dry electrodes. Experimental results showed the dry electrode provided signal quality that was comparable to the standard wet electrode without the need for skin preparation or electrolytic solution. The proposed dry electrode is more comfortable, with less skin irritation and requires no conductive gel. Thus, this flexible dry micro-dome electrode could find potential biomedical applications in health monitoring.     

边缘电场传感器测量金属衬底绝缘层厚度

针对金属衬底上的绝缘层,研究基于边缘电场传感器的厚度测量方法。位于同一平面的传感电极形成边缘场电容,边缘电场将穿透绝缘层,在衬底表面发生突变。本文用三电容模型分析了传感器的测量原理,衬底作为一个浮动电极分别与两个传感器电极构成平行极板电容,与边缘场电容共同构成传感电容。通过二维仿真讨论了电容结构参数对传感电容的影响。实验结果表明,边缘场电容传感器应用于金属衬底上的绝缘层测量时,表现出边缘场电容与平行板电容复合的特性,传感器灵敏度高。当绝缘层厚度相比电极长度较小时,电极的间距对传感器电容输出影响小。     

A MEMS-based pyramid micro-needle electrode for long-term EEG measurement

The microelectromechanical systems process including cutting, isotropic wet-etching and sputtering was used to fabricate a pyramid micro-needle electrode, which could be applied in long-term electroencephalogram (EEG) measurement. A penetrating testing and comfort survey was presented to optimize the parameters of applying force and penetrating depth in order to make user comfort, safe and free of pain and bleeding. To investigate the performance of the micro-needle electrode, three micro-needle electrodes with different arrays were deployed to perform skin–electrode contact impedance experiments. Moreover, the impedances in time domain were measured to verify the feasibility of long time measurement. At last, EEG signals were recorded directly by three pairs of standard wet/micro-needle electrodes and the power spectrum density (PSD) was presented between standard wet electrode and micro-needle electrode to estimate signal quality. Based on the results of EEG signals and the PSD, the micro-needle electrode can be as a biopotential electrode for recording EEG with low skin–electrode contact impedance.     

Study on Real-Time Heart Rate Detection Based on Multi-People

Heart rate is an important vital characteristic which indicates physical and mental health status. Typically heart rate measurement instruments require direct contact with the skin which is time-consuming and costly. Therefore, the study of non-contact heart rate measurement methods is of great importance. Based on the principles of photoelectric volumetric tracing, we use a computer device and camera to capture facial images, accurately detect face regions, and to detect multiple facial images using a multi-target tracking algorithm. Then after the regional segmentation of the facial image, the signal acquisition of the region of interest is further resolved. Finally, frequency detection of the collected Photoplethysmography (PPG) and Electrocardiography (ECG) signals is completed with peak detection, Fourier analysis, and a Wavelet filter. The experimental results show that the subject’s heart rate can be detected quickly and accurately even when monitoring multiple facial targets simultaneously.     

基于柔性电极的便携式心电监测系统研究

针对普通干电极和医用湿电极应用于心电监测系统时存在的问题,制备了 一种聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)基底上阵列金字塔结构的柔性电极.该电极通过阵列金字塔结构加大电极表面积,减小电极阻抗,并对心电信号处理电路、基于安卓端的APP等部分进行了设计,制作了便携式心电监测系统.实验结果表明...     

基于rPPG的生理指标测量方法综述

远程光电容积脉搏波描记法（remote photoplethysmography,rPPG）是指通过摄像头等传感器来捕捉由心动周期造成的皮肤颜色周期性变化的技术。利用rPPG技术可以提取血液体积脉冲信号,进而测量心率、呼吸率和心跳变异性等心动周期相关的生理指标。近年基于rPPG的生理指标测量方法取得了飞速发展,准确性和鲁棒性已得到了大幅提高。该类技术的算法流程主要包括图像/视频的获取和感兴趣区域提取、血液体积脉冲信号提取和生理指标测量等步骤。基于这一算法流程,本文从算法所依据的假设或先验知识出发,对相关文献进行了总结和讨论。此外,还从评测任务、评测数据、评测指标及评测协议等4个方面系统整理针对基于rPPG的生理指标测量方法的评价体系。最后,本文讨论了该领域当前所面临的挑战并展望了可能的技术路线。     

基于高输入阻抗放大器的EEG传感器设计

脑电（头皮脑电）图（EEG）是医疗上重要的诊断信息,目前非接触式干电极在采集EEG信号时具有使用简单、不易受环境约束的优点,具有着广阔的应用前景,已经成为全世界的热门研究课题。由于人体皮肤具有很高的阻抗,故要求非接触式干电极具有高输入阻抗。为了提高输入阻抗,采用深度电压串联负反馈来实现超高输入阻抗放大电路,并给出电路的设计和分析。深度电压串联负反馈的前置放大器能提供高达2.6×1011Ω的输入阻抗,有助于非接触式干电极进行信号的采集。     

A flexible dry electrode based on APTES-anchored PDMS substrate for portable ECG acquisition system

We developed a simple and low-cost flexible dry electrode with micro domes by depositing metal film directly on (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES)-anchored polydimethylsiloxane (PDMS) substrate for portable electrocardiogram (ECG) acquisition system. However, the adhesion between metal and PDMS was poor, and metal film on PDMS always exhibited wrinkles. To overcome these difficulties, before depositing Cu, PDMS substrate was treated by APTES aqueous solution. Then, we evaluated the metal film through the microscopic photographs, the surface roughness measurements and the adhesion tests. On the base of the deposition technique improvement, a PDMS-based dry electrode for ECG monitoring was fabricated. We studied the performance of the flexible dry electrode and the results showed the fabricated electrode produced good ECG signals with distinct P, QRS, and T waves. In addition, the fabricated flexible dry electrode with micro domes showed lower skin-contact impedance and could obtain ECG signals with higher SNR than the flat dry electrode.