脉搏压力信号的时域处理方法研究

论文摘要

脉搏压力(波)信号是最为常见的生物信号,所表现出来的脉搏是心脏和血管等重要信息的外在反映。脉搏波的检测和分析已经成为一项被医学界广泛关注的技术,便捷、有效的脉搏波信号的处理和分析对利用脉搏信息进行人体健康监测以及疾病诊断非常重要。为了满足面向人体健康日常监测的便携和家用脉搏信息检测系统的应用需求,本文针对人体脉搏信号的特点,设计了基于微控制器的便携式脉搏波采集系统,重点研究了适用于微控制器的脉搏压力信号时间域处理方法。本文首先介绍了脉搏波的相关理论,说明了脉搏波的产生及其中所包含的信息,介绍了国内外脉搏波检测及处理方法的研究现状,总结分析了现有的几种脉搏波信号分析处理法。根据实际需求,本文设计了基于高性能微控制器的脉搏波检测系统。选用PVDF压电薄膜传感器拾取脉搏信号,设计了充分利用高性能微控制器功能的信号采集和处理硬件系统方案,通过硬软件有效结合,提出了符合信号时域处理要求的脉搏波信号预处理方法。针对脉搏波信号的伪周期特征,本文提出了适应有限硬件资源的信号时域处理方法。采用模板函数匹配法,以傅立叶级数为模板函数,利用离线拟合方式建立脉搏波信号模型,通过模板函数与短周期内实测脉搏信号的匹配确定各时段的最佳模板参数,实现对实测脉搏波信号的参数化表达,从而有利于对信号的进一步时域分析处理,获得脉搏信号的特征量。本文研究的信号时域处理方法不限于脉搏波信号的处理,还适用于类似脉搏波信号的伪周期信号的时域处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容及组织结构
• 第二章 脉搏波及其检测分析方法
• 2.1 脉搏波概述
• 2.1.1 脉搏波的产生及波动特点
• 2.1.2 脉搏波信号的规律性
• 2.1.3 脉搏波中蕴含的生命信息
• 2.2 脉搏波检测方法
• 2.2.1 手动检测
• 2.2.2 脉搏波电测量法
• 2.2.3 常见检测方法特点分析
• 2.3 脉搏波信号处理和分析方法
• 2.3.1 脉搏波的时域处理分析法
• 2.3.2 脉搏波的频域处理分析法
• 2.3.3 脉搏波的时频处理分析法
• 2.3.4 其他方法
• 2.4 小结
• 第三章 面向便携式的脉搏波检测系统设计
• 3.1 系统设计中的关键问题
• 3.2 整体方案设计
• 3.2.1 脉搏波信号的获取
• 3.2.2 脉搏信号顶处理
• 3.2.3 脉搏信号特征提取及分析
• 3.3 系统硬件设计与实现
• 3.3.1 信号采集模块
• 3.3.2 信号调节模块
• 3.3.3 信号处理模块
• 3.3.4 串口通信模块和电源模块
• 3.4 信号调节和预处理
• 3.4.1 基线和倍率调整
• 3.4.2 特征检查
• 3.4.3 平滑与滤波
• 3.5 小结
• 第四章 基于模板函数的脉搏波信号时域处理方法
• 4.1 采用模板函数的伪周期信号处理方法
• 4.1.1 伪周期模板函数理论
• 4.1.2 基本模板函数估计伪周期信号参数的算法及特点分析
• 4.2 面向脉搏波信号分析的模板函数法
• 4.2.1 波信号模板函数的建立
• 4.2.2 板函数参数估计的改进算法
• 4.2.3 脉搏波模板函数的应用分析
• 4.3 直接计算傅立叶级数系数的模板参数估计法
• 4.3.1 参数直接计算法
• 4.3.2 参数直接计算法的算法及效果
• 4.4 两种方法的性能及特点分析对比
• 4.5 脉搏波检测系统应用
• 4.5.1 脉搏波的周期识别
• 4.5.2 K值的计算以及特定脉象的识别
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 附录