基于压缩感知的远程心电监护系统数据处理中心设计与实现

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心血管疾病具有高发性、突然性、高危险的特性,因而对心血管疾病患者需要进行长期的、实时的、远程的监护,以达到及时发现病情并救助病人的目的。随着计算机信息技术和通信技术日新月异的发展,对心血管疾病患者的远程心电监护已经越来越多地在临床中得到了广泛应用,远程心电监护中所使用的设备也朝着小型化、集成化、智能化和便携化的方向发展。但由于心电信号采集的生理传感器尺寸的限制,信号处理能力非常有限,对低功耗有着强烈的需求。因此,如何实现远程心电监护系统中心电信号的低功耗压缩采样和后期的精确快速重构恢复是一个亟待解决的问题,在临床医学上有着实际意义。本文设计和实现了一个远程心电监护系统的数据处理中心,并尝试将新兴的压缩感知理论应用于此系统,以达到减小传输数据量,并减少传感器节点能耗的目的。首先,本文使用面向对象的方法和UML描述工具分析了数据处理中心的系统功能需求和性能需求。其次,对系统的数据处理中心从总体功能模块、总体架构等方面进行了分析和设计,在此基础上完成了数据库设计。然后,选取经典的FOCUSS压缩感知重构恢复算法作为应用压缩感知压缩和重构的代表算法,进行低功耗采样和后期的精确快速重构恢复,利用MATLAB仿真软件充分进行仿真分析,验证了压缩感知重构恢复算法的正确性和实用性(证明FOCUSS重构恢复算法在速度和精度都基本能满足系统要求),为后期编程实现做好准备。最后,使用Java编程工具详细设计和实现了远程心电监护系统数据处理中心的各个功能模块,其中包括心电数据接收存储模块、信号重构恢复模块(采用FOCUSS重构恢复算法)、低通滤波模块、波形绘制模块、异常分析报警模块、用户登录模块和系统管理模块等。远程心电监护系统数据处理中心经过一系列功能测试后,验证了系统的各个功能模块运行正确、运行状况稳定良好,可以满足心血管病人长期的、实时的、远程的心电信号监护基本要求,并在此过程实现了减少传输的心电数据量,降低了传感器能耗,实现了整个系统的设计目标。
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