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基于脉搏波速法的可穿戴动态连续血压监护

作　者: 姜永涛
导　师: 吴怡之
学　校: 东华大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 可穿戴计算系统动态血压监护脉搏波速法姿态识别信号质量评估
分类号: R544.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

根据世界卫生组织,高血压是全球第三号杀手。血压的连续测量是在某一时段内无创连续的检测每搏血压,获得连续的动脉压波形,为临床诊断与治疗提供了更加充分的依据,具有传统方法无法比拟的优势。脉搏波传导速度测定是目前比较成熟的连续血压测量方法。可穿戴无绑带连续血压测量技术是将连续血压检测技术和人们日常穿戴的衣物相融合,使其在自然状态下实现连续血压的检测,是一种安全的低生理、心理负荷检测技术。但由于人体经常处于运动状态,运动的脉搏波传输时间容易受到不同位姿的变化而变化,从而引起血压的变化,难以正确的评估。因此,本论文根据可穿戴健康监护系统的需求,采用脉搏波速连续血压测量方法,进行可穿戴动态血压监护系统的方案设计,进一步基于人体位姿识别进行血压模型矫正,并基于信号质量评估和卡尔曼滤波进行了血压的可靠评估,完善了系统的设计。首先,针对日益突出的高血压对人体健康危害的问题,分析了血压测量的国内外研究现状,研究了不同血压测量方法的可行性。重点介绍了连续测量血压的方法及其优劣性,阐述了脉搏波速法在连续测量血压方面的优越性。通过分析智能监护系统的研究目标和系统需求,设计了基于脉搏波速法的可穿戴动态血压监护系统的体系结构。其次,在基于脉搏波速法的可穿戴动态血压监护系统的体系结构的基础上,探讨了具体实施时的可行方案,并将可穿戴血压监护与信号质量评和不同位姿状态相结合,利用回归分析的方法,建立了基于不同位姿的血压评估分析模型,进行姿态识别。另外还对不同位姿的血压评估模型的效果进行了研究和探讨。再次,给出了基于信号质量评估和卡尔曼滤波的血压估计模型,重点阐述了利用心电和脉搏信号质量评估的结果来调节卡尔曼滤波器参数以获得最佳血压估计的方法,在此基础上进行了信号质量评估算法的抗干扰效果评价。接着,根据人体生理信号采集的特点和系统需求,设计了系统硬件整体结构。以16位低功耗微控制器MSP430F149作为中央处理器及采集协处理器,外围设计扩展了心电采集模块、脉搏采集模块、加速度传感器模块、OLED显示模块、通信模块等,实现了基于脉搏波速法的可穿戴动态血压监护系统的硬件平台。最后,设计了整个软件系统整体结构。介绍了心电和脉搏信号的同步采集、特征提取等,介绍了心电信号和脉搏信号的噪声消除和波形监测,另外,介绍了加速度传感器的软件设计。论文的研究方法、设计思路和评估结果,为研制可穿戴动态连续血压健康监护装置打下了一定的基础。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 问题的提出  12-13
    1.1.2 研究的理论意义和实际意义  13-14
    1.1.3 国内外研究现状  14-15
  1.2 课题相关技术  15-18
    1.2.1 生理信号评估  15-16
    1.2.2 信号干扰指数  16
    1.2.3 线性回归理论  16-18
  1.3 主要研究内容与创新点  18
    1.3.1 主要研究内容  18
    1.3.2 创新点  18
  1.4 论文章节安排  18-20
第二章基于脉搏波速法的连续血压测量  20-24
  2.1 引言  20
  2.2 脉搏波速法的原理与方法  20-21
  2.3 脉搏波传导时间的定义及测量方法  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章基于脉搏波速法的可穿戴动态血压监护系统的整体设计  24-29
  3.1 引言  24
  3.2 系统需求及设计原则  24-26
  3.3 系统框架的设计与研究  26-28
    3.3.1 基于脉搏波速法的可穿戴动态血压监护系统的体系结构  26
    3.3.2 系统的工作原理  26-27
    3.3.3 不同位姿的血压评估系统  27-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章基于不同位姿的血压评估  29-39
  4.1 引言  29
  4.2 位姿与血压关系的分析  29-31
  4.3 线性回归模型  31-34
    4.3.1 一元线性回归模型的建立及求解  31-32
    4.3.2 改进的线性回归模型的建立  32-34
  4.4 不同位姿血压评估数据样本的采集方案  34-37
  4.5 不同位姿状态下线性回归分析模型的效果评价  37-38
  4.6 本章小结  38-39
第五章基于信号质量评估和卡尔曼滤波的血压估计  39-52
  5.1 引言  39-40
  5.2 血压监护评估的研究现状  40-41
    5.2.1 基于启发式约束的ABP信号质量评估  40-41
  5.3 卡尔曼滤波  41-43
    5.3.1 经典Kalman滤波理论的提出  41-42
    5.3.2 经典Kalman滤波理论及其算法  42-43
  5.4 基于脉搏波速法的血压测量  43-47
    5.4.1 心电和脉搏的特征检测  43-45
    5.4.2 连续血压测量算法  45-47
  5.5 基于信号质量评估的血压评估模型  47-50
    5.5.1 心电和脉搏的信号质量评估  47-48
    5.5.2 血压测量综合质量评估  48
    5.5.3 基于卡尔曼滤波的血压估计算法  48-49
    5.5.4 基于信号质量指数的卡尔曼滤波增益调节  49-50
    5.5.5 滤波方程初始值的确定  50
  5.6 血压估计算法的抗干扰效果评价  50-51
  5.7 本章小结  51-52
第六章可穿戴动态血压监护系统的硬件设计  52-67
  6.1 引言  52
  6.2 系统硬件整体结构  52-54
  6.3 心电信号前端采集电路  54-61
    6.3.1 生物电信号放大器设计要求  54-55
    6.3.2 前置放大电路  55-57
    6.3.3 右腿驱动  57-58
    6.3.4 高通滤波  58-60
    6.3.5 低通滤波  60-61
  6.4 脉搏前端采集采集电路  61-64
    6.4.1 脉搏采集结构框图  61
    6.4.2 脉搏传感器  61-62
    6.4.3 电压抬升电路  62-63
    6.4.4 滤波电路  63-64
  6.5 加速度传感器电路  64-66
    6.5.1 加速度传感器结构框图  64
    6.5.2 加速度传感器电路设计  64-66
  6.6 本章小结  66-67
第七章可穿戴动态血压监护系统的软件设计  67-76
  7.1 引言  67
  7.2 系统软件整体结构  67-68
  7.3 心电和脉搏信号的噪声消除  68-73
    7.3.1 心电和脉搏信号的主要噪声分析及其频带分布  68-70
    7.3.2 心电和脉搏信号的消噪处理  70-73
  7.4 加速度传感器的软件设计  73-75
  7.5 本章小结  75-76
第八章总结与展望  76-78
  8.1 总结  76
  8.2 展望  76-78
参考文献  78-86
致谢  86-87
攻读硕士期间参加的项目和发表的论文  87

基于脉搏波速法的可穿戴动态连续血压监护

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