电磁场照射下人体生理信号的实时采集和分析

摘要

生理信号作为反映人体健康状况的重要参数，其测量手段越来越受到人们的关注。临床医学上的监测方法，虽然测量结果准确，但仪器体积庞大、价格昂贵，不适合携带。又由于许多心血管疾病具有突发性，所以设计一款家用便携式生理信号检测系统是非常必要的。
　　本文从生理信号的产生机理出发，设计了生理信号采集系统的无线传输方案和实时采集模块结构图。由于心电图又是评价心血管病的重要参数之一，所以制作了一款便携式的心电采集仪，该电路面积只有45mm×50mm，采用的测量心电图方法是标准导联。采集的心电数据可以随时存储在SD卡中，便于后续医护人员的分析，并对心电存储系统的可靠性做了分析。同时心电数据可以通过无线蓝牙传输到PC端或者移动设备端。并且介绍了心率变异性分析方法，可以将采集的心电数据进行心率变异性分析。
　　同时本文分析了心电信号的噪声，针对不同频率的噪声应该采用小波阈值法去噪。讨论了如何选取分析心电信号的最优小波基;模拟了含混合噪声的心电信号模型;对比了不同阈值函数的软硬阈值去噪效果的好坏，得出阈值函数为heursure的软阈值去噪效果最好。
　　最后将生物电磁兼容分析软件SEMCAD，应用到评估手机照射人体心脏SAR的问题上。得出手机距离胸前皮肤x距离时的SAR值，当x为0.5cm时，SAR达到最大为0.0834W/kg，说明了手机电磁辐射并不能对心脏构成危害;当x增加到8cm时，SAR为零，说明手机超过此距离时，对心脏产生的电磁作用可以忽略不计。对应不同的x，测量了五组RR间隔，求平均值，得到RR间隔和心脏SAR的对应关系图。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 心血管疾病的发展趋势

1．1．2 心血管疾病的检测方法

1．1．3 电磁场照射对人体的影响

1．2 国内外研究现状

1．2．1 生理信号检测国内外研究现状

1．2．2 电磁干扰的国内外研究现状

1．3 论文研究内容及结构安排

第2章 生理信号的产生机理和心率变异性分析

2．1 心电信号的产生机理

2．1．1 心电的产生

2．1．2 心电图的特点

2．1．3 心电的导联

2．2 血压的形成原理

2．3 血氧饱和度的医学定义

2．4 心率变异性分析

2．4．1 心率变异性分析的指标

2．4．2 心率变异性分析的工具

2．5 本章小结

第3章 电磁场照射人体的评估方法

3．1 SAR的定义

3．2 测量法

3．2．1 电场法

3．2．2 温度法

3．3 数值计算法

3．3．1 矩量法(MOM)

3．3．2 有限元法(FEM)

3．3．3 时域有限差分法(FDTD)

3．4 SEMCAD软件仿真简介

3．5 本章小结

第4章 小波变换在心电信号处理中的应用

4．1 选取最优小波基

4．2 小波法去除心电信号噪声

4．2．1 信号去噪效果的评价

4．2．2 模拟含噪心电信号的模型

4．2．3 阈值法去心电噪声

4．3 本章小结

第5章 生理信号检测系统的结构设计

5．1 系统的无线传输方案设计

5．2 生理信号检测系统的结构设计

5．2．1 心电采集模块

5．2．2 血压采集模块

5．2．3 血氧饱和度检测模块

5．3 心电采集系统的硬件设计

5．3．1 BMD101芯片内部集成原理图

5．3．2 心电采集系统的电路设计

5．4 心电采集系统的软件设计

5．4．1 通信协议解析

5．4．2 Micro SD卡操作

5．5 本章小结

第6章 测试结果及分析

6．1 手机电磁场照射心脏的心率变异性分析结果

6．2 心电数据存储系统的可靠性分析

6．3 手机电磁场照射人体心脏的SAR计算

6．4 心脏SAR与心电RR间隔的分析

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 下一步工作展望

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果

致谢