基于心率變異性的人體精神疲勞檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、疲勞是人體的一個復雜的生理狀態(tài)，主要表現(xiàn)為身體和精神的疲憊，注意力和工作效率的下降。當今社會有很多場合要求人們精神飽滿，否則容易出現(xiàn)重大事故而造成嚴重后果。例如，駕駛員疲勞駕駛、飛行員高空工作、外科醫(yī)生手術(shù)等。所以，對人體進行疲勞檢測是非常有必要的。
　　本文首先對國內(nèi)外關(guān)于人體疲勞檢測研究的相關(guān)文獻進行了全面的調(diào)研和查閱，簡單學習并研究了心電信號的形成機理和生理特點;在此基礎(chǔ)上，提出了基于心率變異性的人體精神疲勞的判定指標。本研

2、究系統(tǒng)包括心電信號的采集和心電信號的分析處理兩部分。
　　對于采集方案，廣泛采用的系統(tǒng)設(shè)計方案主要包括2種：一種是基于系統(tǒng)集成的芯片級的電路設(shè)計;另一種是利用現(xiàn)有的傳感器和軟硬件資源豐富的計算機搭建系統(tǒng)，考慮到前者開發(fā)周期長、成本高，本文采用后者設(shè)計方案。信號的采集以EKG-BTA心電傳感器作為心電信號的放大器，能將心電信號放大到采集卡可以識別的狀態(tài);采用USB6211數(shù)據(jù)采集卡對放大后的心電信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的信號送入

3、計算機中進行分析。電極不同于常規(guī)的心電圖機而是采用導電織物，該電極安裝在座椅上，不與皮膚直接接觸，可以很容易的測出心電圖。
　　對于心電信號的分析，利用美國NI公司推出的一種基于G語言的圖形化編程軟件LabVIEW，它具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，使心電數(shù)據(jù)的顯示、處理和分析等全部由計算機完成。通過對心信號的噪聲來源分析，將產(chǎn)生的噪聲分別使用經(jīng)典濾波器和小波變換方法對信號噪聲的去除進行了對比分析。然后對心電信號的特征參數(shù)R波進行檢測分析

4、，并將R波檢測算法的實驗結(jié)果與麻省理工學院提供的心律不齊數(shù)據(jù)庫(MIT-BIH Arrhythmia Database)的注釋文件中標注的R波位置進行對比驗證，證明本文提出的QRS波群檢測算法達到了99.59％的檢測正確率。最后通過檢測出的R波，計算得到了心率以及RR間期并做出了HRV的時頻域分析，為心電信號檢測人的精神疲勞的分析奠定基礎(chǔ)，經(jīng)驗證HRV的幾項時頻指標SDNN，TP，LF，HF，LF/HF可以用來檢測人體的精神疲勞狀態(tài)。<