20-80岁年龄段心率测量和电脉冲信号分析的医学构建与临床研究

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报5（2018）11220-80岁年龄段受试者的心率测量和电脉冲信号分析Neramitr Chirakanphaisarna， Thadsanee Thongkanluangb，Y uwathida Chiwpreecharca新加坡华侨大学科技学院，18/18，Bangna-Trad Rd.Bangchalong，Bangplee，Samutprakarn 10540，ThailandbSuratthani Rajabhat大学科学技术学院材料技术和制造课程，Suratthani 84100，泰国cHuachiew Chalermprakiet University Km. 18/18，Bangna-Trad Rd.Bangchalong，Bangplee，Samutprakarn 10540，Thailand接收日期：2015年10月8日;接受日期：2015年2016年9月1日在线发布摘要初步研究为医学构建心跳或脉搏测量支持一项重要临床研究的电脉冲信号本课题研究的原型系统主要包括脉搏率及分析系统的硬件和软件部分。硬件采用ATMEGA 2560 ADK R3对输入的光传感器进行处理，将结果输出到LCD，并将数据记录到SD存储卡中。设计了嵌入式算法的软件控制输入/输出部分。研究技术应用于模数转换器，I2C和数据分组。40例受试者均知情同意，并进行了伦理学研究。实验结果用最大/最小脉搏值、模式和相似性三组解释了受试者的行为。医疗卫生科学样机的特点是精度高、耐用、功耗低、价格便宜。© 2016 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：心跳;电脉冲分析; ADK R3微控制器;光学传感器1. 介绍这项研究是一个基本原则的工具和方案，以促进健康科学的发展最初的重点是脉搏，这是四个生命体征之一（PuongthongKraipiboon，2014），是心脏性能心脏压迫引起的脉搏（LalitaAchanuphab，2014）电子邮件地址：Mit9bkk@gmail.com（N. Chirakanphaisarn），Thad2007@gmail.com（T. Thongkanluang），Yuwathida@hotmail.com（Y.Chiwpreechar）。电子研究所（ERI）负责同行评审https://doi.org/10.1016/j.jesit.2015.12.0022314-7172/© 2016电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112113Fig. 1.身体脉搏位置（LalitaAchanuphab，2014）。将血液输送到全身，从而对动脉壁造成压力，导致血管收缩和心脏节律的扩张我们可以准确地感觉到动脉穿过的地方，或者很容易理解。脉搏是心脏的节律 图 1显示了触诊脉搏的位置，身体会发现，往往是在骨关节，如膝盖，手腕，手臂，腹股沟，头部和颈部。脉冲（WannachartKataichan，2014）可以解释为，换句 话 说 ， 由 动 脉 左 心 室 壁 压 缩 引 起 的 血 流 冲 击 波 扩 展 为 节 律 。 脉 搏 率 ， 心 率 或 心 跳（PuongthongKraipiboon，2014）被称为传达相同的含义，并反映心脏的起搏（每分钟心跳），通过计数1分 钟 内 动 脉 的 跳 动 。 我 们 可 以 在 测 量 心 率 的 同 时 测 量 脉 搏 ， 任 何 时 候 影 响 脉 搏 的 因 素（WannachartKataichan，2014），有许多因素对心血管系统很重要，导致测量参数的创建关键问题如年龄、年龄的增加脉搏率会下降，性别进入青春期后，男性的平均脉搏率比女性略低。运动时，脉搏率随运动而增加，发热时，脉搏率增加。调整以降低血压，减少某些药物的剂量，如脉搏，心脏病。图图2示出了心脏和下文描述的脉冲发生器[12]的系统。1 心房开始舒张。2 心房去极化。3 茎尖开始脱落。4 把枪放下。5 冰柱开始在顶端重新生长6 我的天啊2. 背景探讨心率问题的重要性，心率是正常还是异常的问题，是一个需要研究的重要问题。心率测量错误可能导致后续损害。这项研究正在创建一个测量系统，以更准确的值，心跳或脉搏的速率，一次一英寸的动脉上的波的感觉的次数，1分钟（bpm：跳动。 每分钟）（表1）。114N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112图二.心脏行为和部分生成的信号（WannachartKataichan，2014）。表1年龄跨度的脉搏率。年龄跨度心率（bpm）少于1个月120–160180–14012个月80–130275–120675–110超过12年60–100心动过速导致的异常脉率环境（LalitaAchanuphab，2014）：一个条件，其中的心率在成年人超过100bpm，心动过缓：一个条件，其中的心率在成年人低于60 bpm.显示的信息是重要的问题，研究人员使重量和重点创造一个质量和精度，以显示或告诉心率是正常或异常。研究的重要性可按以下主题划分• 读取心跳的频率，不规则的脉搏，造成撞车和损坏。• 商业工具可以测量你的心率，但没有分析。• 采集脉搏，无法估计。• 心率的测量通常是昂贵的。3. 文献综述该研究涉及文献综述或研究，以一致的理论基础提供数据，用于分析，设计，研究结果和比较。获取每份报告的摘要。因此，新知识的获取要进行新的研究，这可能是相关研究面向他们的进一步发展。该研究对研究发展具有积极的影响，我们已经划分了脉搏、脉率测量等重要课题，并支持研究、实验、分析和比较，以进一步发展。脉搏;（WannachartKataichan，2014）由心脏压缩（LalitaAchanuphab，2014）引起，将血液输送到全身，包括年龄分类、脉率（PuongthongKraipiboon，2014）。测量脉搏的研究系统（Hashem等人， 2010）开发了一种用于测量在手指末端测量的心率的装置和一种光传感器，以监测血液的循环并进入处理系统。为了显示速率测量技术，例如（Yang等人， 2014）光纤传感器开发用于检测纺织品心跳和呼吸，通过检测夹在平行板之间的光纤可以稍微弯曲。微纤维设计，纺织传感器，测量心率的有趣部分（Carrara等人，2014）是从心电图（EKG）的迹象心脏的节奏的分类。一般来说，由于测量的结果是多个的，因此该值可能不被覆盖。有趣的问题和测量系统（Li，2010）N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112115图三.主要研究方法。研究协议MAC：基于多址接入设计的BSN：体传感器网络被标为H-MAC。这可以帮助提高身体传感器中使用的能量的效率，这是一种有助于降低能量消耗并提高整个系统效率测量系统的重要问题（Obeid等人，2010年）将有助于检测心率与非接触和建模脉冲，这样的研究是一个案例研究，可以应用于需要优化的研究。另一种传感器技术系统（Ho等人，2010）解释了如何使用气压传感器和超声波的心脏和呼吸率监测系统。结果分析、结论、比较;实验和分析（Hashem等人， 2010年）是一个人的脉搏测试90人谁得出的结论，该措施是一致的商业工具（人力资源管理设备与心电图。报告）和使用脉冲技术、仪器、测量系统等的脉搏率测量。位置和姿势测量（Yang等人，2014）可用于在站立和坐着期间同时测量心率和呼吸率，并且连续测量，并且与商业系统有关系和比较（Carrara等人， 2014年）。 使用RR基础确定的技术进行动态测量，可输出正常心律（NSR：正常窦性心律），准确度为99%，心房。房颤（AF）在10分钟内的准确率为另一个有趣的技术，系统（李，2010年）的结果，节奏脉冲信号相互同步。BSN中的生物传感器的开发可以通过检测每个系统能量效率的电信号的最高点来击败心脏病结果显示心率值在H-MAC分析中具有良好的稳定性（Obeid等人， 2010年）。 分析VNA：微波系统的矢量网络进行测试，以检查心脏的迹象在1米拟议的系统证明其检测心脏的迹象的能力是可能的，以调整频率和发射功率。频率为2.4、5.8、10、16和60 GHz。水平介于0和−27 dBm信号电平表支持呼吸和心率以及心率发生变异性。使用小波技术和经典滤波器的模型输出，以找到SNR：0和−20dB之间的信噪比。4. 研究方法这种方法解释了实际的解决方案，包括以下内容：主要研究方法;解释如下• 物理脉搏• 输入参数• 中央处理单元• 输出参数• 存储单元图3显示了研究如何描述第一项研究，第一步;物理脉冲是定义的脉冲（LalitaAchanuphab，2014），表示心跳节律被定义为每分钟的心跳次数。第二步，输入导出参数，这些参数然后被缓冲电路用于进行物理线性滤波，并将其转发到中央处理器。第三步：中央处理器作为计算算法，将分析结果传送到输出端。第四步：输出参数如脉率量、脉冲信号动态数，并存入存储器。过程研究方法;图。 4给出了该算法的硬件和软件组成。用于控制输入和输出的硬件，它将通过使用根据光强变化的电压电平接收模拟信号。缓冲电路用于在将信号从噪声中滤除之后将输入信号电平调整到合适的电平在控制硬件的平衡上我们采用电子机构来减少噪音，使输入有最微小的误差。该软件采用阿尔戈尔算法，具有自适应脉搏率等控制功能，通过计算方法进行决策和信息流处理。软件接收数字信号116N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112见图4。过程研究方法。以满足I2C、SPI、USB等条件和逻辑接口。存储单元用于实时记录数据。步态数据将以连续信号的形式表现为步态模式。5. 设计与实现系统设计;该系统包括（图5）四个部分：概述。第一个单元，输入传感器值是通过检测光的强度和脉搏率进入计算和处理。第二单元计算和处理充当接收和发送信息的集线器，包括软件的计算。图五. 系统架构。N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112117见图6。 研究原型。第三个单元，显示单元，用于通过LCD显示器显示测量获得的数据。第四单元，分析是对信息进行分析或分类，以将受试者的症状分组。第五个单元，存储单元将信息存储到SD卡中，以存储受试者的数据记录（图1）。 6）。算法实现;软件控制方面的系统实现包括引脚模式、液晶显示、开始、模拟值、中断设置等功能。初步研究由光学传感器输入、运算处理单元和显示监控单元组成。算法如下所示：通过硬件设计和软件算法实现了踝关节运动测量系统的实际样机该原型通过SPI、I2C和总线系统等多种接口实现实际样机可以用来测量心跳、脉搏，并记录到SD卡中。主原型如图所示。7.第一次会议。118N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112见图7。 实际原型。6. 实验结果及分析从实验的角度进行伦理学研究，有利于正确的过程。这项研究得到了伦理研究的支持。如图1所示，结果与研究原型一起显示，用于根据脉搏信号或模式进行评估。该脉冲传感器在接线时出现低噪声信号时，效果良好。40名受试者给予不同的模式，但我们可以数据分析的心跳值（BPM）和最大或最小值，见图8。显示第一组的脉搏率。N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112119××≤≤×≤≤见图9。显示第二组的脉搏率。电信号的水平。我们选择了18名受试者在相似的环境中进行测试。否则，不同的环境对测量参数仍然是不稳定的。根据实验结果，我们可以将数据信号分为3类。第一组（图8）以心跳（BPM单位）表示，Y轴表示电压（mV），X轴表示时间（10- 1 s），为（0BPM50）平均电压电平为75 mV。三名受试者在相似的环境下进行测试受试者结果不规则，因为他们是老年受试者。以心跳（BPM单位）表示的第二组（图9）是（50 BPM 100），Y轴表示电压（mV），X轴代表时间（10−1 s）。平均电压水平为70 mV。12名受试者在相似的环境下进行实验。受试者的结果是有规律的，因为他们是正常受试者。第三组（图10）以心跳（BPM单位）表示（110 BPM 130），Y轴表示电压（mV），X轴表示时间（10- 1s）。平均电压电平为60 mV。三名受试者在相似的环境下进行测试。科目成绩不规则，因为是体育科目。见图10。显示第三组的脉搏率。120N. Chirakanphaisarn等人/电气系统与信息技术学报5（2018）112×∼见图11。显示了原型和商业实验结果可以用图形来表示。我们的研究原型和商业产品之间的比较（图11），Y轴代表电压（mV），X轴代表时间（10−1 s）。工具在相同的环境下测量。心跳（BPM）的平均值是相关值。通过实际比较，电压（mV）差的平均值约为1.5 mV。7. 结论本研究旨在建构心跳量测系统，其使用嵌入式系统与脉搏感测器技术，如图5所示之系统架构。本文的初步研究将由系统设计、分析、测试、实现和性能评估组成。研究结果表明，该方法的效率高、准确性好、受试者数量多、效果好通过与商业样机的比较，该样机的精度达到95%主样机可以开发成商品化产品.引用Carrara，M.，卡罗齐湖，塞鲁蒂，S.，费拉里奥，M.，Lake，D.E.，Moorman，J.R.，2014. 基于心率动力学的心律分类。2014年第8届欧洲心血管振荡研究小组会议（ESGCO）。IEEE，第91比93哈希姆，医学硕士，沙姆斯河卡德尔，硕士，Sayed，MA，2010. 指尖式心率量测装置之设计与开发。计算机与通信工程（ICCCE）IEEE，第1比5。霍，K.，山本，K.，Tsuchiya，N.，中岛，H.，Kuramoto，K.，Kobashi，S.，哈达，Y.，2010年。基于模糊逻辑的多传感器心跳和呼吸频率检测方法。IEEE，第1比6Lalita Achanuphab2014年1月20日：http://www.doctor.or.th/article/detail/5158。Li，H.，学生会员，IEEE，Tan，J.，2010年。 心跳驱动器用于身体传感器网络的介质访问控制。 IEEE Trans. 告知。 技术BioMed. 14（1），44-51。奥贝德，D.，Sadek，S.，Zaharia，G.，El Zein，G.，2010. 无心跳侦测与量测之心肺建模。在：IEEE EMBS布宜诺斯艾利斯第32届年度国际会议。IEEE，Argentina，pp. 658-661邦通·克赖比汶2014年2月30日：http://haamor.com/th/%E0%B8%8A%E0%B8%B5%E0%B8%9E%E0%B8%88%E0%B8%A3/。WannachartKataichan 2014年1月29日检索：http://student.mahidol.ac.th/ u4809160/pulse.htm。杨，X.，陈志，Chia，S.，Lam，H.，Ng，S.，Teo，J.，吴，R.，2014. 用于心跳和呼吸监测的光纤微弯传感器。Sens.J.PP（99），1-5.