【摘 要】
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心脏状态对于人体健康的重要性不言而喻,心率和心电图是评价心脏健康状态最重要的参数,及时地监测心脏活动将有效预防心血管疾病突发状况,因此便携式的心脏健康监测仪器展现出巨大的商业价值。传统心电图机具有体积庞大、连接方式复杂、Ag/Ag Cl凝胶电极与皮肤排斥反应的特点,所有这些问题促使研究人员对新型柔性心电电极、高精度心电信号采集电路和心电噪声滤波算法开展广泛的研究。本文采用了新型的柔性电极制备方法,
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心脏状态对于人体健康的重要性不言而喻,心率和心电图是评价心脏健康状态最重要的参数,及时地监测心脏活动将有效预防心血管疾病突发状况,因此便携式的心脏健康监测仪器展现出巨大的商业价值。传统心电图机具有体积庞大、连接方式复杂、Ag/Ag Cl凝胶电极与皮肤排斥反应的特点,所有这些问题促使研究人员对新型柔性心电电极、高精度心电信号采集电路和心电噪声滤波算法开展广泛的研究。本文采用了新型的柔性电极制备方法,将高导电性的电子银墨混合物直接涂覆到皮肤表面,形成超薄的电极图案。涂覆笔直接涂抹的方法能够获得均匀厚度为15μm的电极薄膜,对涂覆式电极图案进行300次的10%形变拉伸测试,仍保持足够高的导电性。常温下保存30天的电子银墨材料仍显示出稳定的电学响应。皮肤电极阻抗测试表明涂覆式电极稳定状态的的阻抗值为49 kΩ,与商用凝胶电极十分接近,并且涂覆电极在动态阻抗测试中显示出很好的稳定性,而金属Cu电极因其硬质的表面而显示出极大的不稳定性。心电监测系统采用ADS1292R生物电势传感芯片实现高精度心电信号采集,整体系统默认共模抑制比为112 d B,实现信号差分放大输出。周围环境易在测试系统中引入50 Hz工频噪声,快速傅里叶变换频域响应分析显示心电图信号噪声区间范围主要集中在0-0.5 Hz和大于40 Hz频率范围内。基于MATLAB设计的有限长单位冲击响应（Finite Impulse Response,FIR）数字滤波器获得准确的161阶滤波系数,经过数字滤波器预处理心电信号的信噪比为26.77 d B。采用自搭建的便携式心电监测系统和数字滤波器,对涂覆式柔性电极性能进行综合测试。静态测试中涂覆式电极与Ag/Ag Cl电极单周期信号几乎重合,涂覆式电极获得的心电图具有更好的波峰特征。四种不同运动状态的心电测试结果均出现噪声干扰现象,对受干扰信号进行带通滤波显现出均匀的QRS波,利用涂覆式电极能够实现稳定的动态心率监测。在24 h涂覆式电极持续监测实验中,心电信号未出现衰减现象,并且信噪比略微上升,测试过程中涂覆式电极获得的心电图的信噪比均高于商用Ag/Ag Cl电极。以上结果表明涂覆式电极能够适用于多场合下的心电图监测。
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