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《浙江大学》 2013年
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基于蓝牙4.0传输的Android手机心电监护系统

范晨灿  
【摘要】:针对心血管疾病患病率的持续攀升,用户心电参数的24h监测日益重要。医院的心电图机具有体积庞大和检测场所受限的缺点,市面上已有的便携式心电监护仪是软硬一体的电子设备,需要较强计算能力的处理器、液晶显示器、存储模块,这些无疑增大了体积且提高了成本,它们都不适合普及到家庭和个人的移动应用中。智能手机的普及可让心电采集设备更加轻巧,在Android和iOS上开发心电数据处理的客户端程序也将带来更加炫酷的视觉体验,还能使用云服务,而新一代蓝牙4.0协议大大降低了功耗,又是智能手机上的标配,因此本课题的心电监护系统具有低成本、低耗能、软件灵活性、网络服务可扩展等创新点,将成为移动医疗产品的设计趋势。 本文首先综述了目前心电监护产品硬体、信号预处理、特征识别和在线诊断方面的研究现状。 其次介绍了心电图形成原理、采集电路硬件设计。采用了24位高精度A/D转换器件ADS1298来检测微弱的电极信号,给出了硬件的抗共模设计、过压保护和滤波设计,以及ADS1298的配置使用。 接着给出了2.4GHz频段射频硬件电路的设计,阐述了蓝牙4.0低功耗协议相比传统蓝牙的改进,BLE协议在物理信道和协议栈上都进行了优化,还具体介绍了CC2540蓝牙协议栈GAP层和GATT层的配置和使用,CC2540搭载了小型OSAL多任务操作系统,采集任务和蓝牙协议栈任务都基于OSAL框架进行开发,以及CC2540和Android手机之间的BLE通信程序的设计。 在心电信号预处理部分,首先介绍了小波变换多尺度空间的基本思想,重点阐释了Mallat快速分解与重构算法,大大提高了计算机平台小波分析的实时性。在此基础上,给出了基线漂移、工频干扰、肌电干扰的小波降噪方法并进行仿真对比。 在特征提取和诊断部分,首先讲述了小波变换模极大值检测奇异点的原理,包括小波变换模极值与信号突变点、Lipschits指数的关系,并应用到心电信号的QRS波特征提取上。结合连续小波变换与差分阈值法的优势,提出一种较实用的联合检测算法识别R波波峰,再沿两侧寻找Q波起点与S波终点。诊断方面,在提取出QRS波信息和心率信息的基础上,依赖于临床医学的经验数据,对心拍和心率异常进行自动诊断,主要对室性早搏、停博,及一些心率过快过慢或HRV症状进行了在线诊断。 然后讲述了Android客户端应用程序的开发。Android客户端程序包括蓝牙传输数据的处理和实时绘图、文件存储、基于SQLite数据库的用户信息管理、用户病历数据库管理、心电数据处理和诊断算法的Java语言实现,以及界面设计。 最后为了提高诊断反馈的及时性,保障患者生命安全,给Android客户端增加了自动发送短信和邮件给医生和亲属的远程监护功能,让医生和家属可在第一时间了解监护状况。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN929.53;TH772.2

【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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