可穿戴脉搏检测与心血管疾病诊断系统

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随着中国新时代的飞速发展与居民生活水平的不断提高,人们开始越来越重视和关心医疗健康领域。在我国,最常见的死亡原因是心血管疾病。目前,中国患有心血管疾病的人数已达到2.9亿,每年约有370万人死于心血管疾病,占所有死亡人数的43%。随着人口老龄化及其人口持续增长,到2030年,中国每年的心血管疾病事件数将超过50%。因此可穿戴设备检测与诊断相关心血管疾病需求越来越多。针对目前形势,可穿戴健康检测与诊断设备的发展是重中之重。
  脉搏波与冠心病风险和动脉粥样硬化等心血管疾病存在密切联系。因此,对脉搏波的分析可以帮助研究人员和临床医生评估各种心血管相关疾病。然而当前的脉搏检测诊断系统普遍存在系统精度低、噪声大、脉搏波形易失真、临床指标少及不便佩戴等问题,从而极大地限制了其在医疗健康领域的发展。
  本论文对基于聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)柔性薄膜的脉搏采集及分析系统进行相关研究,使脉搏检测诊断系统具有高精度、极低噪声、脉搏波形特征点清晰可见、临床指标丰富和便与佩戴等优势。本论文基于柔性薄膜的压电效应,研制出一款便携式高精度实时脉搏采集检测与诊断系统,该系统包括:PVDF柔性薄膜传感器、前置微弱小信号处理电路(包括差分电荷放大模块、电压放大模块、巴特沃斯低通滤波器模块、50Hz工频陷波器模块)、高精度数据采集模块、处理器模块、无线传输模块、基于LabVIEW的上位机脉搏检测模块。
  本论文基于PVDF柔性薄膜采集人体脉搏信号,通过前置微弱小信号处理电路将脉搏信号转换为高精度的电信号,再经过高精度数据采集模块与ARM(Advanced RISC Machine)芯片处理信号,将脉搏信号实时无线传输至上位机进行对脉搏波的数据处理与分析。明确了脉搏波形、脉搏波形一阶导波形和脉搏波形二阶导波形包含的临床指标意义与计算公式。脉搏波形中包含的临床意义为外周血管阻力反应指数(Inflection Point Area Ratio,IPA)和外周动脉粥样硬化指标(Peripheral Atherosclerosis Index,AI);脉搏波形一阶导波形中包含的临床意义为心率;脉搏波形二阶导波形中包含的临床意义为血管紧张度(Angiotensin Index,AGT)和血管衰老指数(VascularAging Index,AGI)。本文使脉搏检测诊断系统信噪比提升到70dB以上,保证了被采集脉搏信号的高精度与完整性。其系统检测心率精度约为98%,系统检测IPA、AI、AGT及AGI结果的重复性分别为6.96%、4.26%、1.78%、8.93%,可知四个临床指标重复性都在其均值的12%以内,符合医学仪器测量研究标准。利用该系统对患有心血管相关疾病人群及对照组人群进行了脉搏检测与分析,检测与诊断效果良好,可知该系统在相关心血管疾病的临床诊断和治疗方面可作为重要的辅助手段。有助于医疗健康领域的快速发展,使可穿戴检测与诊断相关心血管疾病设备的技术得到进一步的提升。
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