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心电信号模拟系统建立和模拟实验

作　者: 刘斌
导　师: 张正国；朱广瑾
学　校: 中国协和医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 心电信号模拟 RR间期时间序列
分类号: R318.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 137次
引　用: 2次
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内容摘要

心电信号发生器在心电信号相关教学培训和心电医疗设备检测中有着广泛的应用。在心电相关教学领域,可以通过引入心电信号发生器来的提高受训者的兴趣,改善培训效果。带心电信号发生器(ECG signal generator,ESG)的医学模拟人(medical patient simulator,MPS)被用于各种临床技能培训,急救中心的心肺复苏术的培训和自动外置除颤器的使用培训等。同时,随着医疗设备的智能化,具有自动诊断功能的医疗设备越来越普及,设备诊断功能的可靠性和灵敏性是设备检测的重点。能发出各种病理心电信号的心电信号发生器是心电设备检测的最佳选择。它能提供的信号种类越丰富,越有利于对医疗设备检测评估。现有的心电信号发生器通常采用输出存储于设备内的信号的方式,缺乏实时生成新信号的功能。由于实测心电信号获取条件的限制以及便携式设备存储空间的有限性,目前这样的信号常取自PhysioBank,European ST-T这样的公共心电信号数据库,通常只有几种典型信号。而心电信号具有较强的特异性,每个人,甚至同一个人不同时刻的心电信号都有所区别。仅使用有限的几条信号测评医疗仪器的可靠性,难以保证测评的效果。有研究者尝试用数学函数波形拟合心电信号波形的方式,实时生成心电波形,用数学函数的灵活性解决心电发生器生成信号丰富程度的问题。但由于人体生理信号的复杂性,这种方式生成的信号在波型逼真度上又有所欠缺。鉴于目前心电信号发生器模拟结果所存在的不足,本研究试图探索一种新的心电信号模拟方法。在保持模拟结果波形逼真度的同时,模拟出各种正常和病理状态下的变化丰富的心电信号。本模拟系统通过建立丰富的短时心电信号模板库和RR间期时间序列模拟模块,然后按照不同心电信号的特征将短时心电信号模板插入模拟RR间期时间序列的方式,对各种正常、异常心电信号模拟。短时心电信号模板的采用,保证了模拟结果波形逼真度,符合相应的生理、病理规律。带随机性的模拟RR间期时间序列从时域到频域更全面、真实地模拟了心率的变化特点。模拟长时心电信号的RR间期时间序列不仅在时间域满足设定的统计特点,其功率谱高低频成份特点也可以自由设定。模拟RR间期时间序列在满足指定统计特点的同时还具有随机的特点,所以模拟结果可以长时间不重复。不同短时心电模板的组合变化还可以极大地丰富了模拟结果的多样性。综合来说,本模拟方法不仅同时解决了模拟结果逼真度和丰富程度的问题,还模拟了心电信号心率的变化,考虑更加全面,结果更逼真,能有力拓展模拟心电信号的应用范围。

全文目录

缩略语表  7-8
摘要  8-9
Abstract  9-10
第一章前言  10-15
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 国内外研究现状及问题  11-13
  1.3 本论文的主要研究内容  13-15
第二章系统开发平台  15-19
  2.1 WFDB心电信号处理软件包  15
  2.2 MATLAB计算语言  15-17
  2.3 MySQL数据库服务软件  17
  2.4 Visual Basic 6  17
  2.5 系统硬件  17
  2.6 本章小结  17-19
第三章心电信号模拟系统  19-34
  3.1 数据库的构建  19-20
  3.2 MATLAB与数据库连接配置  20-21
  3.3 短时心电模板库  21-26
    3.3.1 数据来源  21-22
    3.3.2 短时心电模板获取及存储  22-26
  3.4 RR间期时间序列模拟模块  26-31
    3.4.1 RR间期时间序列模拟数学原理及其 MATLAB实现  27-28
    3.4.2 模拟结果  28-31
  3.5 长时心电信号模拟  31
  3.6 心电噪声模拟  31-32
  3.7 本章小结  32-34
第四章心电信号的模拟  34-44
  4.1 正常心电信号的模拟  34-37
  4.2 窦性心律异常心电信号的模拟  37-39
  4.3 ST段改变的异常心电信号的模拟  39-41
  4.4 间歇性室性早搏心电信号的模拟  41-43
  4.5 长时模拟心电信号数据库  43
  4.6 本章小结  43-44
第五章模拟心电信号的输出  44-49
  5.1 模拟心电图的静态浏览  44-45
  5.2 模拟心电图的动态显示  45-46
  5.3 模拟心电电压信号输出  46-48
  5.4 本章小结  48-49
第六章总结与展望  49-52
文献综述  52-61
  参考文献  59-61
附录  61-68
发表论文  68-78
其他工作  78-81
致谢  81

心电信号模拟系统建立和模拟实验

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