无线心电监护仪硬件设计及其数据处理研究

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随着人口老龄化的加剧,心血管疾病已成为威胁人类生命的严重疾病之一。心电监护设备对预防和治疗心血管疾病具有极其重要的作用。然而现在临床使用的心电监护设备,体积庞大,价格昂贵,监护数据也只能在本地进行查看,存储空间有限。随着无线通信技术和嵌入式技术的发展,由智能化、微型化的传感器节点组成的低成本、高效的无线网络,为心电监护提供了一个全新的解决方案。心电监护产生的数据量大,而无线传输带宽有限且传输能耗大,对心电数据的压缩显得十分必要。同时,为实现医学上的病理诊断,需对心电信号进行检测分类。本文研究无线传感器网络在心电监护上的应用,设计了无线便携式心电监护系统,并对心电数据进行压缩处理和QRS等相关波形检测。本文的主要工作和成果如下:1.根据心电信号产生原理,分析心电信号的特点,设计了心电采集电路。为增强硬件系统的抗干扰能力,使采集的心电信号具有良好平稳特性,设计了相关的硬件滤波电路。同时,对硬件电路中数字信号和模拟信号进行了有效的隔离,提高了系统的可靠性。2.利用Micaz节点,采样心电数据。并对采集的心电信号进行预处理之后,采用5/3整数小波变换进行信号分解。然后利用改进嵌入式零树小波(Embedded Zerotree Wavelet,EZW)编码将整数小波系数编码压缩,并经无线网络将压缩心电数据发送至上位机监护中心。实验结果表明,数据压缩算法有较好的压缩性能。3.在上位机设计心电检测软件,解压重构心电数据,实时显示光滑后的心电波形,并统计心率。同时,提取QRS特征值,及对相关波形进行定位检测。实验结果表明,还原后的信号与原始信号对比相似度极高,改进压缩算法较好地保持心电信号的特征;同时QRS波形检测算法能有效地对各个波形进行分辨和定位,具有较高的精确度。
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