一种非接触心电测量方法的研究.pdf

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1、2013年第32卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)47一种非接触心电测量方法的研究李运华，刘宝华，户鹏飞，甄龙(1．北京航空航天大学自动化科学与电气"I-程学院，北京1001912．燕山大学，河北秦皇岛066004)摘要：目前的心电测量都需要在人体皮肤表面粘贴电极，这种测量方式不便用于日常生活中长时间的心电监测。利用耦合电容原理可以设计一种非接触心电测量方法，该方法通过测量电极与皮肤表面被测量部分形成的耦合电容来检测人体的心电信号，从而避免了粘贴电极，并在后续的心电信号处理过程中，针对本方法采集的心电信号易受干扰的

2、特点，采用了一种自适应主成分分析(PCA)去噪算法。实验表明：这种非接触测量系统可以在不影响被测者正常活动的情况下实现对人体心电信号的长期监测。关键词：心电图；信号处理；耦合电容；主成分分析；动态嵌入中图分类号：TN911．72文献标识码：A文章编号：1000--9787(2013)01--0047-03Researchonamethodofnon．contactECGmeasurementLIYun．hua，LIUBao—hua，HUPeng．fei。，ZHENLong(1．SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，B

3、eihangUniversity，Beijing100191，China；2．YanshanUniversity，Qinhuangdao066004，China)Abstract：Atpresent，electrodesarealwayspastedonskinsurfaceinECGmeasurement，whichcausesinconvenienceforlong—timeECGmonitoring．Theprincipleofcouplingcapacityisappliedtodesignakindofnon—COntactedECGmeasurementmethod

4、，whichdetectsECGofhumanbodybycombiningelectrodesandthemeasuredpartsofskintoformcoupledcapacitanceSOastomeasureECGofhumanbody，thuspastingelectrodesisneedless．DuetoECGsignalcollectedbythismethodissusceptibletointerference，akindofadaptiveprincipalcomponentanalysis(PCA)denoisingalgorithmisusedin

5、thesubsequentECGsignalprocessing．Experimentsshowthatthiskindofnon—．contactmeasurementsystemcanrealizelong-·timeECGmotoringwithoutafectingpeople’Snormalactivities．Keywords：ECG；signalprocessing；couplingcapacitance；principalcomponentanalysis(PCA)；dynamicalembedding(DE)0引言滤波方法一主成分分析(PCA)去噪算法。该测量

6、系统的心电监测是预防心脏病突发的一种有效手段J。目测量电极可以镶嵌在床、座椅等固定物中，不会干扰人的正前无论是在医院的临床应用中，还是使用市场上流行的便常活动，从而实现对人在睡眠或长期伏案工作、学习等状态携式心电测量仪，在检测人体的心电信号时，电极都要与人下的心电信号的实时监测。体的皮肤紧贴在一起，这种测量方式容易受到人体活动的1非接触心电测量的原理影响，应用在长时间的心电监测中具有较大的局限性。为非接触心电测量系统中的最关键部分是用来采集人体了解决这一问题，有人提出了将SQUID磁力计用于人体传心电信号的电极，本文采用耦合电容原理：将电极与人体皮感J，实现了心电信号的非接触测

7、量，但该技术只适用于肤上被测量的部分分别作为耦合电容器的两极板，将两者低温环境，并且成本昂贵。之间的衣物、空气等作为绝缘介质，其模型图如图1所示。针对以上情况，本文利用耦合电容原理设计了一种非为了减小外界的干扰，在测量电极上加人了屏蔽层。通常接触心电测量系统，包括硬件系统和软件系统，并针对情况下，该耦合电容器的电容值非常小。该系统因人体活动的影响导致采集的心电信号受到的干扰2硬件系统的设计因素不断发生变化的情况，采用了一种具有自适应特点的非接触心电测量系统的硬件电路主要包括：信号采集、收稿日