腕带式阻抗脉搏波检测方法

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随着科技的快速发展和需求的增加,可穿戴式生物信号检测方法受到了越来越多的关注。可穿戴医疗设备主要分为传感器、数据传输和用户应用三个层面,其中用来拾取生理信号的传感器是可穿戴产品设计中的关键部分,也是最近生物医学工程领域研究的热点和难点。脉搏波的连续监测对评价人体健康状态具有十分重要的意义,其测量方法主要分为光电容积法、压电法和阻抗测量法。但是光电容积法一般在指尖部位测量比较准确,而压电法对压力的大小和受测人员的要求都很高,因此这两种方法均不适合穿戴式的应用。阻抗测量法是一种简单方便的方法,但该方法一般需要克服基础阻抗、皮肤-电极接触阻抗的影响,同时需要较宽的动态范围,实现起来比较困难。为了实现动态阻抗脉搏波的连续检测并克服以上困难,本文提出了腕带式阻抗脉搏波测量方法。本文在电桥测量微小电阻的基础上,根据血液阻抗与周围组织的电阻抗模型提出了利用DAC控制自动平衡电桥测量腕部动态阻抗脉搏波的方法。本文理论推导了该方法中脉搏波阻抗变化与输出幅值信号的关系,电桥平衡的条件,以及减小基础阻抗和接触阻抗影响的原理;利用过采样和快速数字锁相算法来检测脉搏波阻抗幅值,实现了阻抗脉搏波信号的数字解调,同时提高了ADC的有效分辨率。本文综合多种不同材质电极的测量方法,提出了利用导电胶条作为阻抗脉搏波的测量电极。实验验证了导电橡胶作为腕式电极的舒适性和可行性,并对其在减小运动伪影能力方面做了估计。本研究在硬件电路设计和编写软件程序算法的基础上,利用PSoC3系列的CY8C3866芯片为核心的开发板,实现了腕带式阻抗脉搏波的动态检测,分析了阻抗脉搏波在电桥平衡前后的测量结果。实验验证本文设计减小了个体差异的影响,同时提高了系统测量精度。本研究对微功耗、小体积的穿戴式便携化设备具有很重要的借鉴意义。
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