基于柔性表皮电子的心电监测系统

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目前,随着国民生活水平的日益提高和经济的快速发展,越来越多的人开始关注自身的健康状况。近年来随着社会老龄化进程日益加快,青年人的生活压力越来越大,作息不规律等现象的普遍发生,使得心血管疾病日趋年轻化,受到社会各个年龄层的广泛关注。另一方面,心血管疾病具有突发性强、致死率高、预防困难等特点,如何有效地实现对心电信号的长期监测成为近年来的研究热点。如今,医院用于心电监测的设备存在体积大,携带不方便,监测环境和时间受限等缺点,难以对患者实现实时的心电监测。针对上述问题,基于柔性电子技术的传感系统由于具有便于携带、实时监测、续航能力强等特点,因此可满足对心电信号的实时监测和心血管疾病的有效预防的需求。根据上述分析,本文设计了一款基于柔性电子技术的穿戴式心电监测系统,本文主要工作如下:首先,由于传统的Ag/AgCl粘贴式心电检测电极存在易造成皮肤过敏,电极易脱落等问题。而柔性表皮电子传感器因其轻、薄、柔等特点可以与人体皮肤更好地贴合同时不会对皮肤造成任何伤害。因此本系统基于柔性电子技术,设计了一款可替代传统心电检测电极的柔性心电检测电极来实现心电信号的监测,。其次,为了解决现今柔性传感器与刚性电路难以灵活连接的问题,本文提出了一种基于钕铁硼和银相复合的新型磁电复合材料来制作用于连接的柔性磁电复合接口,通过磁力来实现两者的连接,实现了电路可以随意摘取的性能。并通过实验探究了新型磁电复合材料的制备条件(钕铁硼磁性颗粒的球磨时间,质量配比,烧结方式)和自身性能(磁性,导电性,机械性能)。接下来,本文设计了整体心电监测系统的硬件平台,为了保证微弱心电信号能够准确无误地进行采集,处理和无线传输,整体硬件检测电路包括对心电信号的差分放大,滤波处理,心电信号的采集,处理和无线传输模块。最后,为了去除在心电信号采集过程中引入的一些干扰,采用过采样技术和相干模板法滤波来提高采样精度并消除工频干扰。针对心电信号R波的提取,采用差分阈值法来实现R波的准确定位,并实现心率的监测。并将所采集的心电信号通过蓝牙无线的方式传输至Android手机端,从而实现心电信号的实时监测。因此本文基于柔性电子技术,设计实现大小仅为6×1.4cm~2的柔性心电监测电极,并通过柔性磁电复合接口,将传感器连接到大小仅为2×1.5cm~2的小型化蓝牙无线检测电路,实现整体心电监测系统的设计。并将该系统实际应用于运动和睡眠两种情况下进行心电信号的监测,从而对该系统的稳定性和准确性进行了验证。
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