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研究生:蔡國河
研究生(外文):CAI,GUO-HE
論文名稱:以體阻抗容積描繪法探討脈搏傳導時間與血壓相關性的研究
論文名稱(外文):Evaluation of Relation between Pulse Transmission Time and Blood Pressure Using Impedance-plethysmography Technique
指導教授:劉省宏劉省宏引用關係
指導教授(外文):LIU,SHING-HONG
口試委員:張炎清劉省宏黃永發程大川
口試委員(外文):CHANG,YEN-CHINGLIU,SHING-HONGHUANG,YUNG-FACHENG,DA-CHUAN
口試日期:2017-06-20
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:資訊工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:48
中文關鍵詞:心電描繪法體阻抗容積描繪法光容積描繪法脈搏傳導時間
外文關鍵詞:ElectrocardiographyImpedance-plethysmographyPhotoplethysmographyPulse transmission time
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隨著科技的進步,許多生理監控(physiological monitoring)的儀器逐漸轉換成穿戴式裝置(wearable devices),但目前市面上的血壓儀都是臂帶式的充氣裝置,測量時的臂戴高壓,常讓使用者感到不適,為了減輕使用者的不適,且能測量動態的血壓值,本研究目的在發展體阻抗容積描繪法(impedance-plethysmography, IPG)的測量技術,配合心電描繪法(electrocardiography, ECG),測量脈搏傳導時間(pulse transmission time, PTT),進而評估出血壓值。本研究的實驗,將與傳統光容積測量技術進行比對,實證我們提出的體阻抗容積測量技術,是可以實現以無臂帶式的血壓測量方法。實驗中有20人參與,透過運動讓受測者的血壓產生改變,實驗結果顯示,以傳統光容積測量技術的收縮壓與脈搏傳遞時間的相關度為γ=0.77。以體阻抗容積測量技術的收縮壓與脈搏傳遞時間的相關度為γ=0.68。當收縮壓越高時脈搏傳導時間越短,反之收縮壓越低時脈搏傳導時間越長,因此本研究證明體阻抗容積測量技術可以取代傳統光容積測量技術。
With the advancement of science and technology, many instruments of physiological monitoring are gradually converted into wearable devices. However, current blood pressure monitors in the market all use a cuff to measure blood pressure. Users feel uncomfortable when they are measuring. In order to reduce the user's uncomforting, and use it on daily life or exercise, in this study, the goal of this study is to develop the impedance-plethysmography and electrocardiography techniques to measure the pulse transmission time (PTT). Then, PTT could be used to evaluate the systolic blood pressure. Twenty subjects participated in this study. They were asked to do the exercise to arise their blood pressure. The results show the correlation coefficient, γ, between PTT and systolic blood pressure was 0.77 by the photoplethysmography, and the γbetween PTT and systolic blood pressure was 0.68 by the impedance-plethysmography. Moreover, the systolic pressure more high, the PTT more short. Thus, according to our study, the impedance-plethysmography technique could replace the photoplethysmography technique to measure blood pressure.
目錄

中文摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 2
1.3論文架構 3
第二章 生理訊號 4
2.1心電描繪法 4
2.2光容積描繪法 5
2.3體阻抗容積描繪法 6
2.4血壓波 7
2.5脈搏傳導時間 8
第三章 脈搏傳導時間測量系統 9
3.1系統架構 9
3.2體阻抗容積描繪法的類比電路設計 9
3.2.1韋恩震盪電路 11
3.2.2定電流電路 12
3.2.3前置放大電路 13
3.2.4高通濾波電路 14
3.2.5解調電路 15
3.2.6帶通濾波電路 16
3.2.7訊號放大電路 17
3.2.8帶拒濾波電路 18
3.3訊號測量裝置 19
3.4數位訊號處理 22
3.4.1數位濾波器 22
3.4.2心電描繪法的R波峰 25
3.4.3體阻抗容積描繪法與光容積描繪法的Max波峰 29
3.4.4計算脈搏傳導時間 33
3.5電極點最佳位置 34
第四章 實驗結果 39
4.1體阻抗容積描繪法的電極陣列 39
4.2實驗方法 39
4.3脈搏傳導時間與血壓相關性 42
第五章 討論與結論 47
參考文獻 48


圖目錄

圖2-1 心電描繪法的波形示意圖 4
圖2-2 光容積描繪法的波形示意圖 5
圖2-3 體阻抗容積描繪法的波形式意圖 6
圖2-4 心電描繪法與血壓波的關係 7
圖2-5 脈波訊號擷取部位示意圖 8
圖2-6 脈搏傳導時間的波形示意圖 8
圖3-1 系統架構圖 9
圖3-2擷取IPG訊號電路系統架構圖 10
圖3-3 韋恩震盪電路 11
圖3-4 定電流電路 12
圖3-5 儀表放大器 13
圖3-6 二階高通濾波電路 14
圖3-7 解調電路 15
圖3-8 二階低通濾波電路 16
圖3-9 一階高通濾波訊號放大電路 17
圖3-10 帶拒濾波電路 18
圖3-11 生理訊號測量發展平台(型號:KL-710)四通道 19
圖3-12 a.心電描繪法的電極、b.光容積描繪法的感測器 20
圖3-13 體阻抗容積描繪法的類比電路 20
圖3-14 體阻抗容積描繪法的感測器 20
圖3-15 a.心電描繪法訊號、b.光容積描繪法訊號、c.體阻抗容描
繪法訊號 21
圖3-16 裝置實際的配戴與實驗 21
圖3-17 數位低通濾波器頻率響應 23
圖3-18 數位高通濾波器頻率響應 24
圖3-19 搜尋R波峰的流程圖 25
圖3-20 數位濾波訊號處理 26
圖3-21 搜尋範圍的訊號處理 26
圖3-22 R波峰的搜尋範圍 27
圖3-23 心電描繪法的 R波峰 28
圖3-24 搜尋Max波峰的流程圖 29
圖3-25 高斯模型所需間距參數 30
圖3-26 高斯模型 30
圖3-27 設定IPG,Max波峰的搜尋範圍 31
圖3-28 設定PPG,Max波峰的搜尋範圍 31
圖3-29 搜尋IPG,Max波峰的最高符合 32
圖3-30 搜尋PPG,Max波峰的最高符合 32
圖3-31 IPG的脈搏傳導時間 33
圖3-32 PPG的脈搏傳導時間 33
圖3-33 電極陣列分布位置,a.縱向、b.橫向 34
圖3-34 模組01至06電極陣列相對位置圖 36
圖3-35 模組07至12電極陣列相對位置圖 37
圖3-36 解析度的辨識 38
圖3-37 12個模組的解析度 38
圖4-1 體阻抗容積描繪法電極陣列 39
圖4-2 收縮壓變化量與脈搏傳導時間變化量的相關性 44
圖4-3 舒張壓變化量與脈搏傳導時間變化量的相關性 44
圖4-4 平均動脈壓變化量與脈搏傳導時間變化量的相關性 44
圖4-5 脈波壓變化量與脈搏傳導時間變化量的相關性 45
圖4-6 收縮壓與脈搏傳導時間的相關性 45
圖4-7 舒張壓與脈搏傳導時間的相關性 45
圖4-8 平均動脈壓與脈搏傳導時間的相關性 46
圖4-9 脈波壓與脈搏傳導時間的相關性 46


表目錄

表2-1 波峰與心臟收縮期的關係 4
表4-1 受測者基本資料 40
表4-2 第一週期實驗記錄資料 42
表4-3 第二週期實驗記錄資料 43


[1]C. C. Y. Poon and Y. T. Zhang, “Cuff-less and noninvasive measurements of arterial blood pressure by pulse transit time”, 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, 2005, pp. 5877-5880.
[2]V. Chandrasekaran, R. Dantu, S. Jonnada, S. Thiyagaraja and K. P. Subbu, “Cuffless differential blood pressure estimation using smart phones”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2013, Vol.60, No.4, pp.1080-1089.
[3]O. A. Garcia, J. A. Pérez, P. S. Luna and C. Alvarado, “Impedance plethysmography detection with mobile and concealed devices”, IEEE Latin America Transactions, 2016, Vol. 14, No. 4, pp.1638-1644.
[4]觸電的危險-國立臺灣師範大學物理學系, “觸電與電擊對人體的傷害”, http://www.phy.ntnu.edu.tw/, 2017.
[5]Joseph J. Carr and John M. Brown, Introduction to Biomedical Equipment Technology, Pearson Education, fourth edition, 2001.
[6]D. G. Jang, S. H. Park and M. Hahn, “A gaussian model-based probabilistic approach for pulse transit time estimation”, IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 2016, Vol. 20, No. 1, pp.128-134.
[7]衛生福利部國民健康數, “高血壓是中老年人的專利,年輕人不需要量血壓?”, http://www.hpa.gov.tw/, 2017.
[8]Texas Instruments, "TL082-N Datasheet", http://www.ti.com/, 2017.
[9]Analog Devices, "AD620 Datasheet", http://www.analog.com/, 2017.
[10]Analog Devices, "AD734 Datasheet", http://www.analog.com/, 2017.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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