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加速度传感器用于心搏图的规划考量

微机电技术(MEMS)的加速度传感器与陀螺仪已经广泛应用于导航与游戏应用,而此类传感器的另一个亮点是健康医疗,当前较流行的应用是测量病人心脏性能的

微机电技能(MEMS)的加速度传感器与陀螺仪现已广泛运用于导航与游戏运用,而此类传感器的另一个亮点是健康医疗,当时较盛行的运用是丈量患者心脏功用的确诊设备,常用丈量心脏功用是经过丈量心电图,这需求将一系列的电极连与人体触摸。

在心率监护仪或许运动设备中,人们能够根据心电图中的P-QRS-T波峰信息中的起伏和时序、或许仅仅R波峰的时序等信息,得到杂乱的心电向量图,典型的心电图。如图一所示。

图一:心电图中的P-QRS-T波形图

心电图能够给出许多的信息,如心脏的毛病或疾病,身体的恢复状况,或许身体和心思的压力状况等等。可是心电图不能很好的丈量心脏的泵血功用与容量,别的,心电图丈量时,那么多的电极夹在人体上,无形给被丈量者压力,然后也影响到丈量的精确性。走运的是有其他的办法丈量心脏的功用,如超声波丈量仪和投影心搏图,机械的投影心搏图一般滞后30–40mS。

经过投影心搏图,咱们能够经过丈量胸部的力和加速度,或许长途的心搏图丈量心脏的泵血活动等,得出心脏的机械运动。运用心搏图技能,丈量时不需夹戴任何器材,能够在每天的日子状况下完成丈量,并且只需在人体直立单轴方向进行丈量就足够了,由于这是血液活动的首要方向。

投影心搏图为医疗预言供给全局性剖析根据,如勘探身体或精神压力,或许前期勘探冠心病等。如图2中信号的振幅,能够丈量出心脏的每搏量及其变异性,从时序能够看出心脏的全体功用以及心率与其变异性。搏质变异功能够很容易地监测呼吸与心率变异性,然后估量恢复状况和患者的压力状况。图二中的I波与IJ波起伏能够用于评价某些疾病,如主动脉瓣膜病,冠状动脉疾病,以及剖析预期寿数等。

图二:投影心搏图波形

当用加速度传感器丈量投影心搏图数据,首要的应战在于加速度信号水平相对于传感器自身与环境的噪声十分低,以及频率呼应与机械谐振等的影响。从病床上丈量投影心搏图数据能够丈量睡觉活动、身体条件和恢复状况等,这样不需求任何电极安装在患者身体上,不会影响患者的舒适度、也不会搅扰睡觉。这类的丈量能够运用于监测人们因身体可心里引起的睡觉问题,以及监测运动员优化练习作用、防止过度练习。

在最近的一项项目规划中,村田的工程师们剖析了患者在病床上的活动,并别离出了心搏图数据,心搏图数据如图三,从中能够看到床的谐振影响到信号,且随时刻衰减。而牢靠的丈量信号在10mg规模,这需求加速度传感器的分辨率特别的高,合适此运用的传感器之一是村田的SCA61T,其噪声密度大约是14μg/√Hz。

图三:运用村田加速度传感器SCA61T收集到的心搏图波形图原始数据

经过先进的滤波算法,能够从病床的谐振与噪声中别离出心搏图数据,如图四预算出的心率和搏量,其间的血搏量是不带单位的数据,它需求进行标定才干比及一个绝对值。图四中的搏质变异性预算得适当精确,它能够用于预算呼吸率。

图四:预算的搏量

图四中的点与点之间的时刻便是心脏跳动的时刻,心率及心率变异功能够从中计算出来,如图五。村田的工程师也在电子称上运用SCA61T丈量出相同的心搏图数据,当然,在电子称上由于人的运动,噪声更大,如图六。

图五:从病床上收集到的心率及其变异性等数据

图六:从电子称上收集到的心率及其变异性等数据

村田的硅MEMS技能传感器结合了最好的功用、功用、最小的尺度和最先进的加工工艺,上面运用的SCA61T加速度传感器运用厚的硅晶片,抗振功能够达70,000g,传感器选用单晶硅结构,不在存在任何的机械迟滞和塑性变形。其安稳的电容性丈量原理,能够用于丈量高动态丈量,传感器具有杰出的信噪比。

图七:加速度传感器传感单元结构图

当着手规划基于心搏图办法的心脏监控体系时,需求考虑加速度传感器要有极低的噪声密度,如SCA61T噪声密度仅14μg/√Hz,也便是它的分辨率能够到达1mm/S2。别的,防止不必要的谐振频率也是很要害的,如一些机械振动,所以传感器需求操控频率呼应,如村田的加速度传感器经过机械阻尼操控频率呼应。最终需求考虑的是,还要有先进的信号滤波算法将有用的信号从多种搅扰信号中别离出来,村田为此计划供给相应的滤波算法。

假如运用环境中有很多的搅扰信号与心搏图信号具有相同的起伏、频率、呼应次序,这时需求再加一个相同功用的加速度传感器用于丈量环境搅扰信号,然后补偿到丈量数据中。

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