智能家居护理监测心

文摘

家庭护理监测血压和心跳商业化使用专用设备,例如,手表,脉搏血氧仪。随着智能手机和压缩传感技术的出现,我们希望监控精确的电波形心跳的心电图(ECG)呼吁全球老龄化村民生物医学健康家庭护理系统。我们的设计将为3创新模块内size-weight和动力费用带宽(Swap-CB)限制。我们开发分别但彼此一致:(i)智能电极(采用low-power-mixed信号嵌入与现代压缩传感固件和应用纳米技术改善电极的接触阻抗以及小说转导机制、心电图和电子之间,例如,一个压力床垫耦合,或光导纤维耦合);(2)可学的数据库(利用自适应小波变换对收缩压和舒张压P-QRS-T-U特性提取辅助目标识别,采用顺序为关系数据库查询语言允许遥远的监测和检索);(iii)的智能手机(继承一个大触摸屏界面显示与强大的计算能力和协助临时报告系统与全球定位系统(GPS)和ID和双向交互病人恐慌按钮可编程出现报告程序)。虽然(我)是小说,(2)和(3)是成熟的。在一起,他们最终会提供补充家庭筛查系统后或prediagnosis保健与一个内置的数据库搜索的时间,地点,和紧急发生的程度,使用原位筛选。

1。介绍

小鬼当家高级往往遭受和担心午夜和凌晨危机,心脏病发作或中风。虽然身体分泌激素调节心脏和血压准备起床行动,四肢仍然僵硬遭受睡眠不好的发行量。看护人,我们设计一个负担得起的和舒适的生物医学健康(宝马)监测设备的细节为预警监测心电图(ECG)波的家园。因此,我们检查心脏监测心电图常识基线,在我们目前的压缩传感技术(读者可以跳过以下,直接压缩传感)。

心脏健康是由一个电子信号序列按顺序启动,在适当的时间和一个富氧血红从我们的肺主动脉上室称为中庭钱伯斯称,到低心室和泵的血液通过动脉收缩压身体重要器官。心脏也对重力吸收,使用被动肌内膜和单向阀门产生舒张压的补给缺氧蓝色血液从毛细管床和静脉返回。

背后的基本原理心电图波形的起源及其polarity-positive负面或isoelectric-is如下。(我)电活动向正极铅生成正波。(2)的电活动远离正极铅生成一个负波。(3)电活动在90度转向领先将生成一个两相的波(等于积极和消极成分,或等电)。

前三个领导由弦线构成了弦线三角形。这些导致我编号,第二,III-these双线索,因为他们同时包含一个积极的和消极的波兰人如图1。密歇根大学的弗兰克·威尔逊博士(2]介绍了6心窝的领导,有关身体的横向平面。V1是放在第四肋间隙胸骨的权利。V2放在胸骨左第四肋间隙。V4放在第五肋间隙midclavicular线。V3然后把一半V2和V3之间沿着一条直线。版本5和版本6的放置在前腋窝外侧V4和midaxillary线。下面的图显示了在图6心窝的引导的方向2。测试数据说明本文是基于这个模型。

(一)

(b)

(一)
(b)

图1

1 的前三个导致心电图弦线设计构成了弦线三角形(]。让我作为参考铅和位于0度。积极的名称增加30度的增量在顺时针方向180度。铅二出现在60度。增强四肢领导(aVL、aVR、aVF)单极肢,只包含一个正极。aVL指定在−30度,aVF在90度,导致aVR−150度。

图2

通过加入的电线的右臂,左手和左脚5000欧姆电阻弗兰克·威尔逊定义了一个后来被称为“中性电极威尔逊中心终端。“合并后的铅作为地球和心电图的负极相连。一个电极连接到正极就变成了“单极”,可以放置在身体的任何地方。威尔逊定义了单极肢VR,六世,VF“V”代表电压(电压在单极电极)的网站。

心动周期的一个典型的心电图跟踪(心跳)包括P波、QRS波群,T波,U波通常在50 - 75%的ECG可见。心电图的基准电压称为等电点线,通常测量的部分跟踪后T波和前下一个P波。海浪和间隔解释表列出了心脏的电活动1的结构图,正常的人类心脏的前视图描述了图3。健康的心电图波形如图4(一),而异常图4 (b)。

图3

显示了图结构正常的人类心脏的前视图。心里就aventricleis两大商会之一,收集和expelbloodreceived从anatrium转向外围床体内和肺。中庭(相邻/上心脏室小于心室)启动泵。

(一)

(b)

(c)

(一)
(b)
(c)

图4

(一个)显示了健康的心电波形,(b)不正常的心跳是例证,(c)负担得起的空气床垫心电图家庭监控系统。

从实践和实验研究和研究,心电图异常心跳分类如下:(我)心室去极化(减少峰值R-Trough S)到T心室复极化时间宽度;(2)心脏病;(3)心房颤动(房颤)(心律失常、心跳不正常):窦房在右心房(SA)节点触发推动血液进入心室心房。房室(AV)节点合同心室,泵血到肺部和身体;(iv)异常的心;(v)异常的心;(vi)异常的心房;(七)异常快速(心动过速);(八)异常缓慢的利率(心动过缓和导电块)。

可以找到许多特色心电图设备在商业市场。这些心电图分析提供信息的心跳速度,节奏,和心电图波形。选择产品如表所示2。

Nasiff CardioResting基于pc的蓝牙心电图系统: Nicolet精英100 Non-Display多普勒 Nasiff Associates inc .)继续带头基于pc的静息心电图系统。执行快速测试和管理在现阶段轻易与你 那些时光血管的精英Nicolet提供一切您需要在多普勒系统中。精英是可配置的,超声多普勒检测胎儿心跳和协助监测外周动脉和静脉血液流动 Tuttnauer 9′′全自动高压蒸汽 欧姆龙有限公司 招牌式的简单设计你所有的灭菌和干燥需要实现。的Tuttnauer EZ9全自动高压蒸汽将填补,消毒,排气,干燥的触摸一个按钮 欧姆龙的便携式心电图监测人类绒毛膜促性腺- 801,大约30秒的录音可以当症状是否发生在家里或消失。这些记录可以显示给医生,谁能检查和正确利用这些信息来协助诊断的症状 CardioCare 2000解释心电图(包括电脑连接软件) 简单的心电图手持监控FP180 CardioCare 2000是一个经济定价12-channel静息心电图对性能不妥协。适用于私人执业,呃,或者医院使用,CardioCare 2000是专为最大的易于使用和方便。软件升级和由CardioCare 2000你的诊断需要是一个很好的选择 FP180 (pc - 80)简单的心电图监测是一个个人单管线心电图监测,记录用户的心脏功能和显示数据的清晰和精确波形日常健康检查。本设备适用于自我的成人用户可能会经历短暂的症状,可能会建议心脏传导异常或成人用户只要他们想要例行检查

表2

选择了心电图商业设备。

2。压缩传感心电图

2006年,加州理工学院的几个数学家包括萤石,伯格乔治亚理工学院,加州大学洛杉矶分校领域奖得主泰伦斯道,斯坦福大学的大卫·Donoho发达稀疏采集图像的算法。他们的动机是降低总收购时间对核磁共振成像通过减少图像的数量一定,但保留了原始图像的质量。当自由度数量的信息远小于表示的图像域像素数字,我们允许做FFT或DWT体现浓度,然后对转换后的二次抽样域称为压缩传感(不是后处理压缩),使患者在数据采集。然后,放射科医生花了一个很好的时间来恢复高清晰度图像像素值通过试验和错误,解决不适定逆的线性规划L2范数最小化,在相似性约束(cf。3))。通过缩短时间,病人将会遭受(i)放射性造影剂(短暂的镓同位素)少注入的血液更短一半生活,和(2)强烈的磁场(特斯拉27日)要求f-MRI系统清楚地看到精美的样品放射性药物。图5显示了Logan-Shepp幻影及其最小二乘法重建后断层扫描中心切片定理构成一维Fourier-sampling投影。

图5

6 压缩传感的x射线断层扫描:Logan-Shepp幻影及其最小二乘法重建后断层扫描中心虱子定理构成一维Fourier-sampling投影在22辐射线(在这里/)二维稀疏傅里叶倒频谱,然后产生一个锋利的图像下范数最小化(右下角)比规范(右上角)。,假设规范不到一些错误宽容吗。MRI傅里叶断层重建有5%使用能源LMS约束稀疏采样与凸包级约束为断层扫描投影测量和倒这样的子行列式矩形度的矩阵方程线性规划,代孕范数极小化的非零像素总数(不管它们的值只选择一个非齐次的解决方案没有任意混合均匀的)。他们用纯随机非结构化抽样的面具的关于程度的自由在所有0,线性测量和转化子行列式掩模矩阵方程。我们遵循公约电极(见V1版本6的图)。

图6

舒适的缰绳覆盖V1与nano-grid V6干电极。

他们数学抽样方法是基于非结构化的,稀疏的矩形滤波矩阵,这主要由均匀随机双极模拟值(代表阈值许多0和稀疏和随机位置1)。他们的传感矩阵线性组合可以被可视化为过滤口罩;1是半透明的洞,把像素值,而众多0传递任何信息。过滤器决定哪些部分的图像的大小得到采样。这样稀疏行1的众多零pseudoorthogonal,由于不匹配位置的零,从而减少独立测量所需的稀疏程度,一个人的数量: 原始数据恢复算法是一种线性规划等 而不是线性规划,我们已经确定了(2独立分量分析(ICA)混合矩阵。我们可以找几个独立杀死向量,基地的追求,除了一个人之外,所有稀疏的行向量正交的行向量。技术已成功地应用于独立分量分析的病态矩阵求逆3]。我们的观察是一致的压缩视频传感的数学,但建议一个有组织的稀疏视频抽样(4]。换句话说,这些感官变化响应向量自然结构化稀疏跨越pseudoorthogonal子空间,同样的收益率最低的一组欠定的线性测量。我们的模型可能是意识到工作记忆的神经突触连接网络广播异联想记忆(火腿)cross-sensory模式。有关比较人工神经网络/联想记忆(安/ AM)理论和CRTD / CS理论进入游戏何时反转欠定的的短测量的数据的大小。

压缩传感:应用正交的多输入多输出(MIMO)的原则,我们监测心电图的傅里叶频率响应以下((i) - (iv))。(我)术语用于描述电子光谱的宽度被心电图监测;(2)诊断质量通常是0.05赫兹到150赫兹;(3)监控质量通常是0.5赫兹到20 - 50赫兹;(iv)通常印在心电图记录地带。

我们把莱斯大学发布的代码块稀疏的压缩传感Baranuik et al . 2008年IEEE /。使用以下参数:处理样品数量:8192;信号稀疏:16;数量的测量:1024英尺域;迭代次数:20。心电图数据资源(http://eleceng.dit.ie/tburke/biomed/assignment1.html)。测试结果使用CS算法比原始ECG数据在数据绘制7,8,9,10和11领导类型1到5,分别。原始ECG用红色,结果使用CS是用蓝色绘制。他们的区别是描绘在右边。

(一)

(b)

(一)
(b)

图7

7(一) 7 (b) 比较原始数据和CS恢复。图显示1型铅在V1,原来在蓝色和红色的CS,他们的区别是描绘在图。紫外线的差别小于0.08。

(一)

(b)

(一)
(b)

图8

8(一个) 8 (b) 比较原始数据和CS恢复。图显示2型铅V2,原来在蓝色和红色的CS,他们的区别是描绘在图。紫外线的差别小于0.08。

(一)

(b)

(一)
(b)

图9

9(一个) 9 (b) 比较原始数据和CS恢复。图显示类型3 V3,原来在蓝色和红色的CS,他们的区别是描绘在图。紫外线的差别小于0.08。

(一)

(b)

(一)
(b)

图10

10 () 10 (b) 比较原始数据和CS恢复。图显示铅type 4 V4,原来在蓝色和红色的CS,他们的区别是描绘在图。紫外线的差别小于0.08。

(一)

(b)

(一)
(b)

图11

领导类型5比较使用CS。

3所示。结论和额外的模块

心电图是一个相对无创性方法监测心脏跳动情况,除了拴在电线电缆在跑步机上压力测试有点不方便,成本负担能力可能会提高家庭使用。这里我们介绍几个创新组件对受欢迎的目标。

其他三个模块的细节(我)可学的数据库管理,(2)智能手机与计算能力对于小波变换特征提取和AiTR,和(3)智能电极与混合信号电子,可在工业和学术界的社区。我们不会试图总结他们在这个有限的合作。我们绕过一个机灵材料中提到的组件,相关(iii),低功耗,低阻抗,单向的扯下nanogrip干燥进行表面(cf图12 (d)),壁虎脚。心电图电极通常需要与铅电极连接器纱布垫垫。我们将更换由readhesive nanonode这是由一个电导体,但塑料材料。提出了一个设计高贵的得主曼彻斯特大学教授的。随后由国防高级研究项目署实施等人,并演示了这样一个人为定向槽材料,用于调整人类的手套和鞋穿他们剥皮以更快的速度垂直墙~ 1米/秒。压敏胶粘剂的设计(PSA)脚和履带的机器人被toe-peeling启发生物机制的壁虎脚趾iRobot Corp (5]。这是我们的设计同样采用心电图干电极;在图12 (b)表明使用传统块状炭材料的可能性好心电图联系人。因此,例如,我们建议一个商业可用的多层碳纳米管(CNT)特殊的单晶轴的方向,成为一个金属导体,除了半导体和绝缘体。然后,碳纳米管在定向折叠循环覆盖一层电极在模式有良好的沟槽成定向好倒groove-like定向nano-hooks壁虎的脚(图12 (d))“大棒和皮”作为一个可重用的好干电极。

(一)

(b)

(c)

(d)

(一)
(b)
(c)
(d)

图12

(一)良好的心电图电极的电接触Ag / AgCl传感器;(b)碳接触界面;(c)商业压敏胶;(d)壁虎的脚。

我们可以进一步设计新的电极会不会受到环境的电磁干扰(EMI)。最近,智能材料采用了宽带电场传感器基于光子电场传感器,与fibrooptic Macher-Zehnder干涉仪,埋在PSA垫。然后,所有光学传感器不受环境电磁干扰。size-weight和动力费用约束得到满足时,少一个电极技术,所有光学干电极的设计可能是有用的。同时,NIST在盖瑟斯堡已经演示了一个小型方糖大小光学半导体芯片磁强计,它可以检测到极弱磁场调制与脑电波和心跳3,6,7]。性能仍然要进行基准测试。

引用

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