胎儿心电信号(FECG)检测系统硬件研究

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随着科技的进步和经济水平的快速发展,人类的生活水平得到了很大改善,疾病的预防和治疗也得到了很大的提高,特别是针对新生胎儿疾病的诊断和治疗更是有了跨越式进步;胎儿心电信号是最能反映新生胎儿正常生命活动的客观指标,在新生胎儿疾病的监护和诊断中有着不可替代的作用。胎儿心电信号的成功提取不仅可以诊断早起胎儿的生长发育状况,还对新生胎儿疾病的预防治疗具有重要意义。  本文综合分析了胎儿心电信号的特点,针对胎儿心电信号的低频性,微弱性和随机性,以及胎儿心电信号中存在的噪声干扰(母体心电干扰,肌电干扰,工频干扰等),提出了一个胎儿心电信号检测系统实现从人体体表提取微弱的胎儿心电信号。本文设计的信号检测系统利用信号采集电路获取胎儿心电混合信号,PIC16F877单片机控制信号的采样和通信,最后利用PC机进行信号的分析处理存储等。论文主要研究了信号检测系统的软硬件设计,完成了以下几方面的研究工作:  ①依据胎儿心电信号特点,完成了信号采集电路的设计工作,包括信号前级处理电路设计,多级放大电路设计和滤波陷波电路的设计等。对电路中各项参数进行仿真测试,并完成了PCB电路板的制作,对信号采集电路的PCB板进行了性能测试,结果表明满足对微弱信号高输入阻抗,高共模抑制比,低噪声和增益可调的采集要求。  ②完成了检测系统采样控制电路的设计,包括A/D转换模块电路设计,串口通信电路设计,PIC16F877控制模块电路及外围电路的设计。  ③完成了检测系统软件编程的设计,包括PIC单片机主程序设计,AD转换及数据采样程序设计,串口通信程序设计;并在软件 MPLAB中进行了程序的编写调试工作。  ④本文最后对胎儿心电信号提取算法进行了初步研究,利用真实的胎儿心电信号研究了自适应噪声抵消提取算法和独立分量分析(ICA)提取算法,并对ICA算法中出现的基线噪声干扰进行了改进,结果显示改进后的算法能够获得清晰纯净的胎儿心电信号。
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