信号长度对基于心率校正心率变异性分析准确性的影响

目的 观察信号长度对基于心率校正心率变异性(heart rate variability, HRV)分析结果的影响,探索获得准确HRV分析所需采集信号的最短时间长度。方法 采集2017年5月至2019年11月在陆军军医大学第一附属医院体检或就诊的116名正常对照者和72名肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy, HCM)患者的24 h心电数据,运用基于心率校正的HRV方法计算临床常用的9个指标。以24 h结果为标准,对比3种信号长度(5、30、60 min)计算结果的准确性和可靠性。结果 用基于心率校正的HRV方法对3种长度的信号进行分析,HCM患者的9个HRV指标均显著低于正常对照者(P<0.05)。当信号长度为5、30和60 min时,随着信号长度的增加,HRV结果和24 h结果的相关系数逐渐增大,分别为0.36±0.22、0.76±0.14和0.97±0.04 (P<0.05),和24 h结果的相对误差逐渐减小,分别为(28.09±22.96)%、(7.78±4.78)%和(3.27±1.79)%(P<0.05),受试者工作特征曲线下面积逐渐增大,分别为0.75±0.04、0.87±0.08和0.89±0.08 (P<0.05)。结论 短时HRV分析对HCM患者风险评估结果的准确性随信号长度的减小而降低。当使用基于心率校正的HRV分析方法时,获得准确结果所需采集信号的最短时间为60 min。

面向综合能力培养的单片机教学模式探索

针对当前“单片机原理与应用”教学中存在的理论与实践脱节、与其它专业课程脱节、学生实践创新能力弱的问题,结合生物医学工程专业教学实际,从理论课程设计、实践教学设计、综合实验设计、竞赛活动和毕业设计等多个教学环节着手,建立符合学生单片机应用能力提升规律的全过程培养体系,形成一种面向综合能力培养的“单片机原理与应用”教学模式。实践表明,课程教学效果得到明显提升,学生分析问题和解决问题的综合能力、创新能力明显提高。

一种抗干扰穿戴式血氧饱和度监测仪的研制

为实现动态环境下人体血氧饱和度的实时监测,研制了一种穿戴式血氧监测仪。采用D/A数模转换控制LED双光源交替发光,以光频转换接收头作为传感器,将光强信号转换为频率信号,直接送入单片机采集;根据反射式原理计算得到结果,通过无线方式发送数据。针对动态环境下获取的光电容积脉搏波中掺杂的运动干扰,提出了血氧干扰分离自适应对消算法,以消除运动干扰对计算结果的影响。设计实现了设备的小型化,提高了其可穿戴性,具有抗运动干扰的能力,能准确的获取血氧信息,适合在日常动态环境下的实时监测。

动态环境血氧饱和度监测的运动干扰分离自适应对消方法

目的为解决动态环境中脉搏血氧饱和度监测容易受到运动干扰的问题,提出一种新的运动干扰分离自适应对消方法。方法在对动态环境光电容积脉搏波信号干扰分析的基础上,首先通过计算信号包络提取出红光和红外光光电容积脉搏波信号的交流分量,并分离出与干扰相关的信号,然后将其作为参考信号进行自适应滤波,去除运动干扰。结果采用本文提出的方法可有效抑制运动干扰对血氧饱和度结果的影响。结论本方法充分利用了光电容积脉搏波信号包含的信息,具有结果准确、稳定,运算量小的特点,可应用于动态环境血氧饱和度的监测。

基于心电信号和机械信号同步传感的穿戴式心功能监测

心脏电活动和机械活动的同步监测是全面评估心功能的关键。本研究设计一种可同步采集心电信号和胸部机械振动信号的穿戴式监测设备,以单片机为核心,利用心电采集芯片检测心电信号,利用加速度传感器同步采集心脏在体表的机械搏动信号。信号采集后,通过上位机分析软件识别心电和机械信号特征点,估算心功能指标。实验结果发现所估算的心功能指标与超声心动图获得参数具有较强的相关性,表明基于心电信号和机械信号同步传感的穿戴式监测方法可用于高风险心血管疾病患者的日常心功能监测。

人体生命体征和姿态监测及定位报警系统的研制

针对老龄人群高发恶性心律失常等恶性疾病和摔倒等意外伤害以及发生危险时无目击者的问题,研制了一种人体生命体征和姿态监测及定位报警系统。系统通过采集分析心电、呼吸及加速度信号,实时监测人体生命体征和姿态,在本地设备端自动判断恶性心律失常、意外摔倒等危急状态,进而发出报警信息,开启定位功能,同时通过4G通信上传心电、呼吸生理信息和患者位置信息。实验表明,系统可较为准确地判断是否发生室颤和摔倒,并发出定位报警信息,达到设计目的。

基于嵌入式系统的实时房颤检测算法研究

目的:设计一种基于嵌入式系统的实时房颤检测算法,辅助房颤的快速诊断和鉴别。方法:首先通过对心电信号进行分析,提取心率变异性指标以及P波平衡性、叠加平均比例2项形态学指标,构建基于支持向量机的房颤检测数学模型,完成上位机算法设计。然后设计主要包括心电采集模块、微控制单元、液晶显示屏和存储器的嵌入式房颤检测设备。再于某院搜集包含11种不同心电节律的3 746例患者的12导心电图数据,并从每名患者的心电数据中提取一段Ⅱ导心电信号建立上位机验证数据集及嵌入式系统测试数据集。在完成上位机算法训练及验证之后,将其移植到嵌入式房颤检测设备中。最后对上位机算法及嵌入式房颤检测设备的房颤检测性能进行评估。结果:上位机算法检测房颤的准确率为93.40%,敏感度为97.85%,特异度为88.83%;嵌入式房颤检测设备的房颤检测准确率为91.37%,敏感度为96.48%,特异度为87.04%。结论:设计的房颤检测算法能够有效区分房颤与多种不同类型的非房颤心电节律,可为基于穿戴式设备的房颤实时监测提供技术支撑。

高级智能模拟人在生物医学传感器课程综合实验教学中的应用

目的:针对医科院校生物医学传感器课程实验教学中存在的问题,探索新的教学模式。方法:将高级智能模拟人用于生物医学传感器课程的实验教学,引导学生设计一系列与医学传感器相关的实验:合理选择传感器,自行设计电路,并构建测量系统。利用测量系统采集高级智能模拟人的心电、血压、心率、呼吸、按压深度等信号,通过与高级智能模拟人的标准信号进行比较来评价自行设计的测量系统的性能。结果:采用该教学模式教学效果得到明显提升,学生的学习热情和参与意识大大提高,更好地理解了传感器在医学中的应用,综合素质得到全面提高。结论:基于高级智能模拟人开展综合性、设计性实验有助于生物医学传感器课程的实验教学。

基于PPG收缩期上升波形特征参数的无创血压检测模型

旨在提出一种基于光电容积脉搏波(PPG)收缩期上升波形(SUW)特征提取的血压计算模型。首先,采集130例成年志愿者的II导心电图、手指PPG信号以及袖带血压值。数据被随机分为训练集(共80例,其中46例血压正常)和测试集(共50例,其中35例血压正常)。然后从PPG信号的SUW中提取时间、面积、斜率最大点与波谷点连线与时间轴夹角的正切值、上升期占脉宽的比例等特征,采用偏最小二乘回归法分别建立收缩压和舒张压的检测模型。最后与基于脉冲到达时间(PAT)的模型以及PAT联合PPG的模型进行对比。结果显示,本模型计算的收缩压和舒张压与参考值的相关系数分别为0.80和0.62,判断血压异常的准确率为90%。这些指标均显著高于基于PAT和PAT联合PPG参数的血压模型(P<0.05)。研究表明,基于PPG收缩上升波形特征参数的无创血压检测模型具有较好的鲁棒性和较强的异常血压检测能力。

基于前额和手指PPG特征参数的无创血压检测性能比较

目的通过建立基于光电容积脉搏波(Photoplethysmography,PPG)特征参数的血压检测模型,比较反射式前额PPG和透射式手指PPG的无创血压检测性能。方法采集130名成年受试者前额和手指的PPG信号,以及参考血压值,并将数据随机分为训练集(80例)和测试集(50例),然后提取预处理后PPG信号的20个时域参数并进行筛选,并采用偏最小二乘回归法分别建立前额和手指PPG的收缩压(Systolic Blood Pressure,SBP)和舒张压(Diastolic Blood Pressure,DBP)检测模型并进行性能比较。结果基于前额PPG血压检测模型估计的SBP和DBP与参考血压值的相关系数分别为0.78和0.55,绝对误差分别为11.33 mmHg和8.26 mmHg,判断血压异常的准确率为90%,与基于手指PPG血压检测模型比较,各项性能差异无统计学意义(P>0.05)。结论前额和手指2个部位采集的PPG信号对血压检测的性能无影响,均可用于无创血压的连续监测。

高原高寒地区卫生装备器材使用现状调查研究

应用调查问卷和现场座谈的方法,调研了高原高寒地区基层部队卫生装备器材的使用情况、高原环境对卫生装备器材的影响、卫生人员参加技术培训情况、卫生人员的意见建议,分析了卫生装备器材使用中存在的问题,提出了提升卫生装备器材的环境适应性、优化卫生装备器材的配备与技术保障、加强卫生装备器材的管理与人员培训等对策建议,以为提高高原高寒极端环境下卫生装备器材的保障能力提供支持。

具有人体活动情景辨识的穿戴式心电监测仪的研制

针对现有远程心电(ECG)监测设备在日常工作生活动态环境中应用存在的问题,本文根据信息融合思想,采用穿戴式技术,研制出了一种新型的具有人体活动情景辨识的穿戴式ECG监测仪,它能在检测人体ECG的同时,同步检测躯体运动的加速度信号,识别出人体的活动情景信息,最后通过融合ECG、活动情景信息来判断人体心脏的健康状况。本监测仪具有监测准确、使用方便、舒适、私密性好、可长期连续使用等突出优点,十分适合日常环境下人体心脏健康的监护。

一种针对可穿戴设备的抗运动干扰心率检测算法

可穿戴设备采集的心电信号(ECG)常因人体活动而混入不同程度的运动干扰。由于干扰信号的频率与ECG信号的频率相互重叠,使得ECG信号失真变形,从而影响心率检测的准确率。本文针对现有心率检测算法抗干扰能力的不足,提出了一种基于ECG信号粗粒化处理的心率检测算法。首先对ECG信号预处理以滤除基线漂移和高频干扰,然后运用信号压缩方法对超过设定阈值的高幅度干扰进行抑制,随后通过自适应峰值膨胀和波形重构技术对信号进行粗粒化处理,最后利用快速傅里叶变换对信号的频谱进行分析并计算心率值。为了评估算法的性能,我们采集了30名受试者在静息和不同运动状态下的ECG信号,并将心率检测结果与文献报道的基于改进小波变换的QRS特征提取算法的检测结果进行了对比。结果表明,本算法计算的心率值与真实值之间的相关系数为0.999,高于小波变换法的结果(r=0.971)。无论是在静息(99.95%vs.99.14%,P<0.01)、步行(100%vs.97.26%,P<0.01)还是跑步(100%vs.90.89%,P<0.01)时,本算法的准确率均显著高于小波变换法。此外,在跑步时,本算法的绝对误差[0(0,1)vs.1(0,1),P<0.05]和相对误差[0(0,0.59)vs.0.52(0,0.72),P<0.05]均显著低于小波变换法。因此,本文提出的算法具有较高的准确率和较强的抗干扰能力,可移植到可穿戴设备中,实现日常活动以及运动状态下的实时连续心率监测。

"基层部队急救卫生装备的使用与维护"在线课程教学设计与思考

本文针对基层部队在急救卫生装备使用与维护上存在的问题,提出了基层部队急救卫生装备使用与维护在线课程的建设方案,并从教学内容建设和教学模式建设两个方面对方案进行阐述。教学内容建设由基层常规医疗设备的管理理论与具体的急救卫生装备的使用和维护教学两部分构成,教学模式建设详细论述了授课、答疑、训练及考核单元的组织形式。在线课程教学设计方案符合基层部队官兵学习的特点,可满足基层部队卫生人员系统学习急救卫生装备的使用与维护相关知识的需求,从而提升岗位任职能力。