基于无线传感器网络的心电监护系统设计 ——前端电路与信号处理

论文摘要

无线医疗监护特别是心电监护对提高人们的生活质量,促进社会健康协调的发展有着极为重要的作用,是近年来国际上迅速发展的一个研究热点。本文介绍一套基于无线技术的心电信号监护系统的设计,重点研究了系统中心电信号的处理,包括前端硬件电路设计和终端的软件处理。在前端硬件电路设计中,本文分析了心电信号的特性及可能含有的噪声,设计了与之相适合的处理电路,并结合实验证明其可行性和有效性。针对心电信号易受干扰的特点,本课题详细研究并设计了干扰抑制电路。通过人体心电采集实验证明,本电路可有效地抑制肌电、工频干扰和基线漂移现象。特别在滤除肌电环节中,本文对最平响应滤波器进行改进,仿真结果表明,通过加入一组虚轴零点,该滤波器实现了通带内保持平坦、阻带内快速衰减的目的,对肌电干扰的滤除效果远远优于同阶巴特沃兹滤波器。在系统终端的软件处理中,本文将小波分析应用于心电信号处理,讨论了不同的阈值函数对处理结果的影响。针对随软阈值滤波而出现的吉布斯（Pseudo-Gibbs）现象和心电信号中原有的冲击噪声,本文将改进的阈值函数与平移不变法结合,有效了消除了吉布斯现象,并在较大程度上滤除了原有的冲击噪声。最后本文介绍了仿生小波变换的理论,并讨论了仿生小波变换在心电信号降噪处理中的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ECG 无线监护系统概述
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 技术挑战
• 1.3 小波分析概述
• 1.3.1 小波分析的发展历史
• 1.3.2 小波分析在心电信号处理中的应用研究及发展
• 1.4 ECG 信号及无线监护系统的分析
• 1.4.1 ECG 特点及可能存在的噪声
• 1.4.2 系统介绍及设计要求
• 1.5 本文的主要内容、创新及结构
• 第二章 心电信号无线监护系统前端采集预处理电路设计
• 2.1 ECG 测量原理
• 2.2 ECG 放大电路设计
• 2.3 干扰抑制电路设计
• 2.3.1 低通滤波器
• 2.3.2 高通滤波器
• 2.3.3 陷波电路
• 2.3.4 右腿驱动电路
• 2.4 前端电路总体结构
• 第三章 基于小波变换的ECG 无线监护系统终端降噪
• 3.1 小波变换基本理论
• 3.2 小波降噪原理
• 3.3 小波应用于心电信号处理的意义
• 3.4 小波分析应用于心电信号降噪方案的设计与实现
• 3.4.1 阈值滤波法
• 3.4.2 改进阈值的平移不变法
• 3.5 仿生小波变换（Bionic Wavelet Transform, BWT）
• 3.5.1 BWT 原理
• 3.5.2 BWT 在心电信号降噪处理中的应用
• 第四章 ECG 监护系统实验设计及结果分析
• 4.1 正弦信号实验
• 4.2 人体心电信号监测实验
• 第五章 结束语
• 5.1 课题成果
• 5.2 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果