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呼吸道是人体健康的门户,受到病毒的侵害后会产生多种疾病。通过对人体呼吸功能及状况进行检测,就可发现并预防呼吸道、肺部以及心血管等部位的病变,及时了解病情和发展趋势,对症治疗来保持人体的健康和平衡。所以,呼吸是人体重要的生理过程,对人体呼吸的监护检测也是现代医学监护技术的一个重要组成部分。
目前呼吸信号的检测方法主要有传感器法和阻抗法。然而,传感器法的束缚装置会给人带来不适感,并且易受环境因素影响;阻抗法则易受人体心电等信号的干扰,通过电极向人体加入交变的信号来测量人体电极间阻抗的变化,激励源的选择及安放限制了其发展。目前现有的呼吸检测方法存在着一定的缺陷,因此对呼吸信号的检测方法进行研究,具有重要的理论意义和实用价值。
本论文在深入研究国内外呼吸信号检测方法的基础上,针对现有方法的不足,根据呼吸活动会引起肌肉的收缩,肌电信号会随肌肉的收缩舒张而变化的原理,提出了一种新的呼吸信号检测方法一肌电频谱法,通过对变化的肌电信号处理获取呼吸波形。
首先,研究对胸部的肌电信号进行降噪处理,对FaStICA算法和盲信号分离进行了研究。针对心电信号作为肌电信号的主要干扰信号,尽可能好的去除心电干扰成为本研究预处理部分的主要工作。
然后,本文分析了传统频率提取方法的原理和特点,选用短时傅立叶变换提取肌电信号的时频分布信息,对降噪后的信号进行短时傅立叶变换,得到信号的时频分布,即提取肌电信号随时间的频率变化,提取出呼吸变化。
最后,利用平均频率的原理处理肌电信号的时频分布,用小波变换取出噪声,提取平均平移曲线得到呼吸波形。通过对仿真和实际信号处理,结果表明该方法能准确地从肌电信号中提取呼吸信号。
利用肌电频谱法从肌电信号中提取呼吸信号的方法,不仅具有高效、无创等优点,还利用心电检测技术中已有的设备解决了其他方法中电极和激励电源的问题,使呼吸检测的动态化、实时化成为了可能。