【摘 要】
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随着社会生活节奏的加快,心肺疾病引发的死亡率居高不下,以预防为主的心肺信号检测需求不断上升。因此,本文在传统心肺疾病诊断技术的基础上,致力于研究基于电磁感应原理的非接触式心肺信号检测技术。该技术给受监护者带来了诸多便利,具备安全无创、实施简单、简易便携、可实时监测等优点,具有极大的研究价值和应用潜力,引起了诸多国内外学者的兴趣。本文围绕便携式磁感应心肺信号检测系统,主要研究内容和创新包括:(1)对
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随着社会生活节奏的加快,心肺疾病引发的死亡率居高不下,以预防为主的心肺信号检测需求不断上升。因此,本文在传统心肺疾病诊断技术的基础上,致力于研究基于电磁感应原理的非接触式心肺信号检测技术。该技术给受监护者带来了诸多便利,具备安全无创、实施简单、简易便携、可实时监测等优点,具有极大的研究价值和应用潜力,引起了诸多国内外学者的兴趣。本文围绕便携式磁感应心肺信号检测系统,主要研究内容和创新包括:(1)对国内外电磁感应检测生理信号领域的发展现状进行了详细的综述,介绍了三种不同线圈传感器模型的测量方案,并在磁感应相位移(MIPS)技术的基础上,提出了双线圈检测方案。使用COMSOL对线圈的参数进行了仿真,确定了线圈传感器的最佳参数以及最佳检测位置。(2)构建了一套基于磁感应原理的便携式心肺信号检测系统,系统以STM32开发板为基础,主要包括传感器线圈、相位检测电路、数据获取电路、数据存储以及显示电路五个部分,并编写了配套的系统控制软件实现心肺信号的采集、存储以及显示。对系统模块功能进行了验证,并测试了硬质PCB微线圈和柔性PCB微线圈对四种不同呼吸状态下心肺信号的检测能力。结果表明,柔性PCB微线圈能够更好地对心肺信号进行检测,同时增加受监护者的舒适度。(3)基于Matlab平台实现了具有自适应噪声的集合经验模态分解(CEEMDAN)心肺信号分离算法,对采集到的心肺信号进行分离,得到关于心肺信号的一组本征模态函数(IMFs)。改进了快速傅里叶变换(FFT)求心率的方法,对分离得到的IMFs进行希尔伯特变换得到高分辨率边际谱,求得心率和呼吸率。与实际心率和呼吸率进行了对比,实现了心率和呼吸率的准确检测。本文着重设计一种柔性PCB微线圈,搭建了便携式电磁感应心肺信号检测系统,能实现心肺信号的同时采集,提高受监护者的舒适度。同时,该系统利用CEEMDAN算法分离心肺信号,实现深呼吸状态下心率呼吸率的准确提取。多次实验实现了正常呼吸状态下心率求解1.37%平均相对误差,呼吸率求解3.35%平均相对误差。该系统为移动场景下的心肺信号监测以及分离提供了一种可行方案,对于研究领域和临床医学都有重大理论与实践意义,具备巨大的市场应用潜力。
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