Design of non-contact portable sleep ECG monitoring system based on fabric electrodes

目的 为通过心电信号检测睡眠分区及睡眠呼吸障碍等疾病,设计一种基于织物电极的心电监测系统.方法 使用医用级导电织物电极代替传统电极,可在不与人体接触的情况下实时、准确地采集生理电信号,对被测者进行长时间心电监测.使用ARM11嵌入式系统代替医用主机进行数据处理、波形显示等.采用无线宽带设备代替串口线与预定主机进行通信.结果 该系统可有效降低被测者的不适感,准确检测、处理、记录大量心电数据并通过无线网络实时进行远距离数据交换.结论 该系统使用方便,兼顾可靠性、安全性及舒适性,适用于睡眠分析等长时间心电信号监测.     

基于织物电极的非接触便携式睡眠心电监测系统设计

目的 为通过心电信号检测睡眠分区及睡眠呼吸障碍等疾病,设计一种基于织物电极的心电监测系统.方法 使用医用级导电织物电极代替传统电极,可在不与人体接触的情况下实时、准确地采集生理电信号,对被测者进行长时间心电监测.使用ARM11嵌入式系统代替医用主机进行数据处理、波形显示等.采用无线宽带设备代替串口线与预定主机进行通信.结果 该系统可有效降低被测者的不适感,准确检测、处理、记录大量心电数据并通过无线网络实时进行远距离数据交换.结论 该系统使用方便,兼顾可靠性、安全性及舒适性,适用于睡眠分析等长时间心电信号监测.     

干电极脑电采集技术综述

干电极脑电采集技术是目前国内外脑电信号处理技术研究的热点.干电极脑电采集技术具有使用简单、不易受环境约束的优点,因此有着广阔的应用前景.首先分析引入干电极脑电采集技术的原因,接着介绍干电极脑电采集系统的基本组成和各部分功能,在此基础上对目前比较常用的3种干电极采集技术的工作原理进行较为详细的介绍,并给出简单的干电极脑电采集系统的性能分析方法,最后讨论目前国内外干电极脑电采集技术的研究现状、主要应用领域以及有待进一步解决的问题.     

MEMS微针阵列及其在生物医学上的应用

利用微机械技术制作的 MEMS微针阵列是 MEMS技术在生物医学上一个重要应用 ,它为生物医学领域提供了新的医疗手段。微针技术在精确药物注射、临床监测、生化检测等领域有着广泛的发展前景。本文介绍了MEMS微针阵列在生物医学领域的三个方面的重要应用 :生物医学微针电极、经皮药物传输及流体采样 ,对他们的应用原理和当前的最新技术进展进行了概述 ,说明了 MEMS微针应用的特点 ,它为患者提供了无痛、高效、安全的医疗手段 ,更符合医学研究人性化的特点。另外 ,讨论了微针阵列制作的一系列工艺方法。     

新型碳系头皮脑电干式电极的制备及性能分析

为研究碳系材料干电极性能,采用化学气相沉积技术,制备掺硼金刚石(BDD)及垂直生长多孔石墨烯薄膜,以SEM、TEM、XPS及Raman等手段进行形貌与结构的表征,并对比这两种碳系干电极在采集脑电信号时的响应特征。在眨眼、咬牙、睁闭眼范式下采集脑电信号,石墨烯和BDD电极与商用Ag/AgCl湿电极的相关度均不低于95%。研究表明,该BDD电极是由大量金刚石晶体紧密堆垛而成,其(100)和(111)晶面硼掺杂水平的差异造成(111)晶面具有更高的导电效果,构成不同取向“5～10μm微电极”集合,即使不依赖液体导电层,也能与头皮紧密接触而传递电子;直立石墨烯阵列起到电极与头皮之间固态导电介质的作用,其三维多级孔隙结构构筑长程导电网,而开放的多级孔表面则构筑短程离子传输通道,可有效降低电极与头皮之间的界面阻抗。实验验证了二者作为干式脑电传感电极使用的可行性。     

湿骨内压电电压的测试技术

目的 解决测量湿骨内压电效应的方法,实现湿骨内压电效应的测量。方法 设计湿骨压电电压测试系统,采用铂铱电极测取压电信号,并利用超高输入阻抗的生物放大器放大压电信号;由于液体中几乎没有电流流动,即使电极不接触骨试样也可以测量到试样两侧的压电电压。结果 在梯形波加载方式下测量到了电压曲线,并实验证明所测结果为骨试样的压电曲线。试验测量6个骨试样,结果显示湿骨压电电压只有在动态加卸载时才能表现出来,该现象与干骨压电特征相符合。结论 采用铂铱电极测取压电信号和超高输入阻抗的生物放大器实现了湿骨内压电效应的测量。压力加载至9 N时的试样压电电压峰值在-0.75~-1.69 mV。本研究有助于进一步探索骨生长与电信号的关系,最终为临床骨愈合的研究提供理论依据。     

基于肌电信号时频分析的腰背部肌肉功能评价方法研究

肌电信号在评价下腰痛病人背部肌肉功能的研究中得到广泛应用，但是由于肌电信号本身的个体差异很大，往往掩盖被测对象真正的生理差异。本文对采集自腰背部的8通道肌电信号进行研究，对时一频域计算瞬时中频的算法做了改进。并根据正常组和病人组肌电信号的时频谱能量聚集程度不同这一发现提出了一种以能量离散度为指标的区分方法。     

基于安卓和蓝牙通信的智能生理监护仪的设计

目的为满足生理监测设备多功能、便携式、网络化的发展需求,本文将生理监测技术和无线通信技术相结合,设计了一款便携式的智能生理监护仪,将多种生理参数的检测通过蓝牙传输到手机,使被监测者行动不受拘束,实时、可移动地获取和传输人体生理参数,满足家庭监护和远程医疗的需求。方法该监测仪主要由MSP430f6638作为主控芯片,包括脉搏波采集电路与心电信号采集电路,单片机分时采集两路信号,进行中值滤波与均值滤波后将信号通过串口通信传输给蓝牙模块,通过蓝牙模块与手机自带的蓝牙进行通信。结果该监护仪包含少量外围电路,只需连接3个心电极与1个血氧探头,加之简单的手机应用操作。通过蓝牙传输,可以通过手机实时显示心率、血氧饱和度、血压等生理参数。结论该生理监护仪结构简单,经济实惠,操作方便,实时监测,提供了一个便携、高效、实时的家居化健康服务平台。     

基于肌电信号分析研究柔性电极设计参数对电极性能的影响

柔性电极因其穿戴式表面肌电采集的优势而得到研究学者的广泛关注,但很少有研究针对柔性电极的设计参数提 供明确的指导和规范。本实验首先对可能影响电极性能的参数进行了分析;然后利用柔性印刷工艺与喷墨印刷工艺制作 5种不同规格的柔性干电极,并将其与商用湿电极进行对比,设计基于尺侧腕伸肌的肌电采集实验,得到100个表面肌电 信号段;最后对信号段的时频域特性进行分析,从而确定相关参数对电极性能的影响。结果表明增加电极高度后的有源 柔性印刷电路板电极具有更好的信号采集性能。     

男性心电监护服装电极最佳位置的设计研究

为了有效降低心血管病患者的死亡率,提高心电监护服装采集信号的准确性,减少由电极在服装中不适当的位置引起的运动伪迹对心电信号测量效果的影响,本文对3导联监测方法下男性心电监护服装电极的最佳位置进行了实验研究。实验在男性心电监护服装的3导联区域选择相应测试点,通过对各组位置点所采集到的心电信号质量进行比较,以及对心电图及功率谱图的分析,最终确定最佳位置点。结果发现在电极的最佳位置处,由电极不适当位置引起的运动伪迹得到明显改善。心电监护服装中电极的位置对于心电信号的日常采集至关重要,电极在最佳位置处,所采集的心电信号的稳定性得到明显提高。     

电子耳蜗前端麦克风阵列语音增强技术的研究与进展

麦克风阵列的方法在近年来被逐渐应用在电子耳蜗前端语音增强和提高言语识别率的研究里。该方法通过在空间不同的位置上放置若干麦克风,可以采集包含大量空间位置和方位信息的多通道信号,并形成增强目标信号和抑制干扰信号的特定波束指向模式。该方法更加适合用于电子耳蜗增强面对面交流的应用场景,其应用价值受到越来越多研究人员的关注。本文对麦克风阵列波束形成的原理进行阐述,并对目前文献中基于麦克风阵列的语音增强技术进行分析,归纳和总结了其中的技术难点和发展趋势。     

用于心电信号采集的织物电极技术的研究进展

近几年可穿戴设备逐渐兴起并日益发展,本文针对传统氯化银(Ag/AgCl)电极在长期心电图(ECG)信号监测和采集过程中出现的皮肤过敏及电极阻抗发生变化等问题,就用于心电信号采集的新型传感器技术——织物电极技术展开了较详细的讨论。首先介绍了织物电极的概念及优点,对其常用的衬底材料和导电材料进行了讨论和评估,并从纺织结构方面进行了优缺点分析,随后提出了织物电极技术的评价体系。最后,本文分析了当前织物电极在市场发展中的制约因素,并对其发展前景和方向进行了展望。     

基于小波变换的膈肌肌电信号降噪方法研究

膈肌肌电信号是分析和诊断呼吸疾病最科学及有效的数据之一,该信号往往受到被测对象心电信号的严重干扰.利用小波变换的分析方法,在对原始信号小波分解的基础上,针对各尺度小波系数的特点提出一种新的阈值滤波算法.对来自临床食道电极采集的膈肌肌电信号进行降噪处理,处理前后的时域信号对比以及频域的功率谱分析均表明,心电干扰信号能够被有效地去除,而膈肌肌电信号的信号特征得到较好地保留,为膈肌肌电信号的进一步分析处理创造了良好的条件.     

一种用于采集诱发电位的模板法

诱发电位含有多种生理参数的信息,对这些信息进行检测及评估将有助于对许多病理症状作出诊断。然而,由于诱发电位的信噪比通常非常低,因而必须采用信号处理技术来增强其信噪比。一种基于延迟和加法的模板采集系统对诱发电位的采集具有显著的信噪比增强作用。本文介绍的电极阵列采集系统提供了一个协调的、连续的延迟和加法模板。该模板的性能特点取决于电极的数量,并且其交叉通道具     

穿戴式随行监护系统心电信号质量评价研究

穿戴式生理参数监测技术是一种新型的生理监护技术,代表未来监护技术的发展方向,但该类技术应用于临床尚有许多问题亟待解决。本文针对自主研发的穿戴式随行监护系统(SensEcho-5B)的心电信号质量评价问题开展了探索性研究。首先基于模板匹配法开发出一种心电信号质量评价算法,用于心电信号的自动、定量评价,在100名受试者(15名健康人和85名心血管疾病患者)随机抽取的100 h心电信号数据集上进行了算法性能测试。在此基础上使用SensEcho-5B与心电Holter同步采集了30名受试者(7名健康人和23名心血管疾病患者)的24 h心电数据,使用心电信号质量评价算法对两个系统同步记录的心电信号质量进行评价。算法性能测试结果:敏感度为100%,特异度为99.51%,准确率为99.99%。30名受试者的对照试验结果:SensEcho-5B所检测到的心电信号,信号质量较差时间的中位数(Q1,Q3)为8.93(0.84,32.53)min,Holter所检测到的心电信号,信号质量较差时间的中位数(Q1,Q3)为14.75(4.39,35.98)min(秩和检验P=0.133)。研究结果表明,本文提出的心电信号质量评价算法能够对穿戴式随行监护系统的心电信号质量进行有效评价;随行监护系统SensEcho-5B与对照Holter相比,心电信号质量相当。后续研究将进一步在真实临床环境中采集大样本量的随行监护生理数据,并对心电信号质量进行分析和评价,从而使监护系统的性能得到持续优化。     

分析探讨神经干复合动作电位

目的：讨论分析蛙神经干动作电位,为电生理实验课教学提供一些创新思路。方法：制备蛙的坐骨神经标本,在原有教学实验设计的基础上,就记录距离。麻药阻滞对神经干复合动作电位的波形、幅度、潜伏期及时程的影响,传导速度的计算方法等问题进行深入分析。结果：增大两记录电极距离,在一定范围内第一相峰值逐渐升高,持续时间延长,第二相峰值逐渐减小,电位持续时间逐渐延长,记录两点间滴加麻药,动作电位的波形第一相峰值逐步加大,第二相逐渐变小,直至消失形成单相动作电位;利用顶点所测速度与起点法测量值不相等。结论：讨论分析该实验结果能更好地使学生理解神经干复合动作电位的原理,牢固掌握基本的电生理知识。     

动态心电监护仪中心电信号采集与无线收发系统的设计

解决动态监护仪由于功能强大所导致的体积重量增大,从而用户佩戴不便的缺点。利用ADμC8121控制芯片和nRF401无线收发芯片设计一个基于无线的心电信号采集与收发系统。结果表明,装置中信号采集系统与信号分析系统得到分离,心电信号采集后通过无线方式传送至信号分析系统。无线方式传递心电信号克服了用户佩戴装置过程中的不适,增强了设备应用的灵活性。     

远程心电监测终端系统的设计

通过对无线心电监测技术的研究,我们实现了以Arm作为处理器和以Linux作为操作系统的一个嵌入式的心电采集与无线传输系统.该设备将采集到的心电信号通过CDMA无线网络发送至医院的监护中心.实现了心电信号的实时采集和无线传输,达到了对患者进行实时远程监测的效果.     

柔性可穿戴康复手套的设计与控制

目的 为提高手功能康复机器人的临床应用，改善现有刚性外骨骼康复机器人结构复杂、质量大、存在安全隐患等缺点，提出一种新型柔性可穿戴康复手套。方法 康复手套由McKibben型气动人工肌肉（pneumatic artificial muscles, PAMs）驱动，并仿人手的解剖和生理结构设计了腱驱动网络，利用佩戴者自身的指骨关节来传递力和扭矩，模拟人手的正常运动，大幅度减轻设备的重量。同时设计表面肌电信号（surface electromyography, sEMG）采集电路和基于表面肌电信号的佩戴者运动意图检测方法。结果 柔性康复手套的特性测量实验结果表明，康复手套能够有效协助佩戴者完成日常动作和日常生活用品的抓取，验证了该康复手套的可行性和科学性。结论 所设计的康复手套具有质量轻、易操作、舒适度高等优点，可为类似的手部康复设备研究和设计提供参考。     

高共模抑制比全频段脑电采集系统

为了实时消除脑电信号采集过程中引入的直流成分,提高系统的共模抑制比,拓宽信号的采样带宽,设计一款具有动态直流校正功能的全频段脑电采集系统。通过微处理器读取脑电采集系统中所包含的直流成分,然后将直流成分通过数模转换器反馈到实时直流校正系统,接着实时直流校正系统将处理后的直流分量输出至仪用运算放大器的参考端,并和原有的直流分量进行反相相加,从而实现对直流信号的消除。测试结果表明,该脑电采集系统能够实时消除直流成分,将系统共模抑制比提高至120 dB以上,并实现DC～1 000 Hz的全频段脑电信号采集。因此,该系统能够为使用者提供更加精确的脑电信号,可以用于认知科学的研究、医疗诊断等领域,促进相关领域的进一步发展;而且由于系统电路结构相对简单,可以集成到柔性电路板上,制作成可穿戴医疗监护设备,帮助使用者更好地监测自身生理状态。