基于織物電極的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)研究.pdf

1、心血管疾病是當(dāng)今社會中威脅人類生命健康最主要的疾病之一，而心電圖是診斷心血管疾病最有效、最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法。目前，醫(yī)用臨床心電信號采集設(shè)備，體積較大，成本較高，不宜移動，操作較為復(fù)雜，而且其使用的濕式電極因為導(dǎo)電膏的存在會導(dǎo)致諸如佩戴不方便、導(dǎo)電膏脫水致使所采集的心電信號質(zhì)量下降等問題。
　　本文基于電容耦合原理研究了一種容性耦合織物電極，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種具有低功耗和高輸入阻抗的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由非接觸式容

2、性耦合織物電極、心電信號調(diào)理電路、心電信號處理電路、電源電路和上位機信號顯示模塊等五部分組成。采用三維立體機織法以不銹鋼絲為材料織造的導(dǎo)電織物作為心電采集電極極面，建立了非接觸式心電采集系統(tǒng)中人體皮膚和電極界面的等效電路模型和前端容性耦合電極的電路模型。根據(jù)人體皮膚和電極界面的等效電路模型，研究并分析了耦合電極有效面積、人體皮膚和電極之間距離及衣物的材質(zhì)對耦合電容電容值的影響。通過在耦合電容之后串聯(lián)電容的方式，使得當(dāng)圓形電極的直徑為2c

3、m，電極與人體皮膚之間的距離達(dá)到4mm時，總耦合電容的電容值仍可達(dá)到電極與人體皮膚距離為0.1mm時的74.17％，降低了電極與人體皮膚之間距離對耦合電容大小的影響。根據(jù)前端容性耦合電極的電路模型，分析了耦合電容的電容值對容性耦合織物電極拾取心電信號的影響，并確定了非接觸式容性耦合電極的輸出信噪比計算公式。實驗部分，本文使用Fluke-ProSim2人體生命體征模擬器對系統(tǒng)信號采集的準(zhǔn)確性進(jìn)行了測試，并分別隔著0.25mm、0.51mm

4、和0.89mm的棉質(zhì)衣物對容性耦合電極的有效性進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，本文所研究的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)信號采集準(zhǔn)確可靠，使用PCB板容性耦合電極，在隔著0.89mm厚的棉質(zhì)衣物時，可有效的采集到人體心電信號中的R波及T波等信息。使用容性耦合織物電極，在隔著0.51mm厚的棉質(zhì)衣物時，可有效的采集到人體心電信號中的QRS波群及T波等信息。
　　本文所研究的基于織物電極的非接觸式心電信號采集系統(tǒng)運用電容耦合原理采集心電信號，具有體積