心沖擊圖信號的無感覺檢測與分析方法研究.pdf

1、心臟是人體的重要器官，其工作是否正常是評價(jià)人體健康的重要指標(biāo)，臨床上可以通過檢測心臟的電生理功能和泵生理功能評價(jià)心臟的工作情況。但心臟病患者可能突然發(fā)病，而臨床上使用的心功能檢測手段往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種情況，因此有必要研究一種適用于日常生活的心臟功能實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)心臟異常情況并進(jìn)行提示。心臟泵血會(huì)使與人體緊密接觸的支撐物體的受力發(fā)生變化，將其記錄下來便稱為心沖擊圖(Ballistocardiogram，BCG)。BCG信號反映了

2、心血管系統(tǒng)的工作狀況，無需在人體貼附傳感器即可方便獲取，其檢測方法可以在受試者感受不到測量狀態(tài)的情況下得到其心臟活動(dòng)情況，長期使用不會(huì)對受試者造成心理負(fù)擔(dān)。本文基于以上優(yōu)勢，提出一種新的BCG信號無感覺檢測方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。主要工作如下：
　　 ⑴介紹了心臟舒縮活動(dòng)的生理基礎(chǔ)，說明了BCG信號的產(chǎn)生原理，在研究體外分析模型、體內(nèi)分析模型以及直接模型建立方法的基礎(chǔ)上提出一種基于體內(nèi)分析的BCG信號直接模型建立方法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究

3、。
　　 ⑵根據(jù)BCG信號檢測原理，提出一種新的坐姿無感覺檢測方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了檢測裝置。利用電子人體秤所使用的電阻應(yīng)變式稱重傳感器改裝家居坐椅構(gòu)成裝置的傳感器電路，搭建以具有反饋電路的前置放大電路，濾波電路和主放大電路為基礎(chǔ)的高增益低噪聲的信號處理電路，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了裝置的動(dòng)靜態(tài)特性滿足BCG信號的檢測要求。將所設(shè)計(jì)裝置應(yīng)用于實(shí)際檢測，獲得了與心動(dòng)周期同步變化的BCG信號，驗(yàn)證了裝置設(shè)計(jì)的合理性。
　　 ⑶根據(jù)BCG信

4、號的特點(diǎn)，從振動(dòng)類型角度將其定義為一種帶有隨機(jī)性的確定振動(dòng)信號。利用時(shí)域預(yù)處理方法對其進(jìn)行趨勢項(xiàng)消除及平滑，并通過計(jì)算自相關(guān)函數(shù)說明了由檢測裝置得到的BCG信號具有周期性且含有與真實(shí)信號不相關(guān)的噪聲成分；利用三分之一倍頻程譜和自功率譜得到了BCG信號的頻率范圍。
　　 ⑷研究了基于正交小波變換的平移不變量及自適應(yīng)最小均方去噪方法。討論了小波基的選取原則，改進(jìn)了一種小波分解尺度的選擇方法，據(jù)此選擇了適于BCG信號的小波基及分解尺度

5、；估計(jì)了BCG信號的噪聲方差，提出了一種改進(jìn)的閾值函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了BCG信號的平移不變量去噪。研究了正交小波變換能夠提高最小均方算法收斂速度的原因，提出了根據(jù)小波基和小波分解尺度確定自適應(yīng)濾波器階數(shù)的方法，并將該方法應(yīng)用于BCG信號的去噪處理中，實(shí)現(xiàn)了信號的正交小波變換最小均方自適應(yīng)去噪。
　　 ⑸研究了基于時(shí)頻聯(lián)合分布的自適應(yīng)時(shí)頻經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解去噪方法。討論了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解及基于離散余弦變換的時(shí)頻經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的原理及不足，提出了利用信

6、號的時(shí)頻聯(lián)合分布自適應(yīng)提取分量，并對分量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的方法，解決了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解不適于處理在不同時(shí)間具有相同或相似頻率成分信號的問題，避免了基于離散余弦變換的時(shí)頻經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解不能自適應(yīng)選擇重構(gòu)分量的缺缺點(diǎn)，最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的濾波器原理實(shí)現(xiàn)了BCG信號的去噪。
　　 ⑹對去噪后BCG信號提取特征。提出了一種自適應(yīng)提取BCG中J波的方法，得到了不同受試者BCG的J波幅值，IJK波寬度等時(shí)域特征，并以心電信號為基準(zhǔn)，從統(tǒng)計(jì)的角度

7、說明根據(jù)BCG信號確定心動(dòng)周期的可行性。提出了一種基于時(shí)頻矩奇異值分解的時(shí)頻特征提取改進(jìn)方法，以JJ間期為基準(zhǔn)分割BCG信號，計(jì)算每段信號時(shí)域及頻域1-4階統(tǒng)計(jì)矩所組成方陣的奇異值作為時(shí)頻聯(lián)合特征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，心動(dòng)異常時(shí)與正常時(shí)該特征差異較大，驗(yàn)證了算法的有效性：利用相空間重構(gòu)、遞歸圖以及遞歸定量分析等方法提取BCG信號的動(dòng)力學(xué)特征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該特征對心動(dòng)異常情況表現(xiàn)明顯。
　　 ⑺設(shè)計(jì)了信號采集電路，利用檢測裝置分別獲取