一种新型的动态心电图分析系统

摘要

心电图机作为一种检测患者心脏活动表面一种工具，在现今得到了广泛的使用。而标准的十二导联心电图机无法检测出突发病症，因此持续地心电图监测成为一种有效的选择。动态心电图分析系统(Holter)可进行长时间的心电图监测且便于在各种环境中工作。动态心电图机已是一个众所周知的技术，但此类设备仍旧需要在提高舒适度、降低功耗、以及有效的心电诊断分析方面取得进展。本文以基于模拟前端集成电路的动态心电图分析系统为主要研究目标。
　　本论文在动态心电图检测原理的基础上，针对现今的动态心电图机发展现状以及发展过程，设计了动态心电硬件检测电路。并针对动态心电图检测的低频率、低功耗、低噪声的要求，完成对动态心电图采集的硬件电路的实现，并设计了一款针对心电信号采集的主动电极电路以增大采集输入阻抗，并采用可编程增益放大器进行心电信号的放大，也设计了相关的抗混叠滤波器以滤除采集过程初期的噪声，并根据需要设计了动态心电图机的右腿驱动电路。最后基于板级电路设计完成模拟前端集成电路芯片集成。并通过实际采集完成动态心电图机的硬件系统实现。实现了硬件电路在正常工作下功耗低于40mW，采集单通道低于80μW，最大共模抑制比达到-100dB。
　　论文采用了基于LabVIEW的动态心电图检测系统软件模块，首先搭建了相关的模型以读取MIT-BIH心律失常库中文件格式以及读取本论文所设计的动态心电图机所采集的数据。其次基于EEMD算法以及最小均方根算法进行了心电图的波形还原及生理信号采集中的常见的工频噪声、肌电噪声、运动伪迹、基线漂移的滤除。现今多数的使用小波变换进行心电信号特征提取中多包括:R波定位、QRS波群检测、同一时间窗口下的T波检测。并根据实时检测的心拍，以及计算各波段的时长和峰值进行心律失常的判断。基于小波变换的模极大值法在QRS复合波检测以及心律失常检测的相关方法，使用LabVIEW搭建相关的对心律失常的QRS波群初步筛选模型，并通过实际仿真验证，该方法下QRS波群检测正确率达到了98％以上。