Мультисигнальна цифрова реєстрація та оброблення параметрів пульсової хвилі
Вантажиться...
Дата
2011
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2011.
Дисертація присвячена розробці та дослідженню прямого цифрового методу
реєстрації параметрів повільних біосигналів, заснованого на визначенні часових
параметрів релаксаційних процесів накопичення їх енергії та мультисигнальних
систем пульсометрії на його основі. З використанням математичної моделі
процесу накопичення енергії сигналів зарядовим методом досліджено механізми
модуляції параметрів релаксаційних процесів інформаційним параметром
вимірюваної фізичної величини. Визначено умови мультисигнальності зарядового
методу вимірювання струмів та досліджено механізми синхронної реєстрації
фотоплетизмографічного та сфігмографічного пульсових сигналів, та отримання
додаткових опорних сигналів електричного та оптичного походження.
Теоретичні дослідження та запропоновані технічні рішення реалізовано у
мультисигнальному цифровому сенсорному пристрої та системах пульсометрії на
його основі. Запропоновано алгоритми реєстрації та оброблення сигналів,
відповідно з якими ініціалізація та реєстрація сталих часу релаксаційних процесів
покладені на процесор сенсорного пристрою. Проаналізовано обчислювальні
ресурси процесора та обґрунтовано їх розподіл на процедури обчислення
параметрів сигналів та обслуговування цифрового первинного перетворення.
Запропоновані нересурсоємні алгоритми цифрового оброблення сигналів в
реальному часі, зокрема високочастотну та низькочастотну фільтрацію, кодування
даних, а також розрахунок параметрів пульсових сигналів.
Отримані в дисертаційній роботі результати дозволяють істотно підвищити
ефективність систем пульсометрії.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 – биологические и медицинские приборы и системы. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2011. Диссертация посвящена исследованию цифрового метода регистрации параметров биологических пульсовых сигналов человека и особенностям создания систем пульсометрии на его основе. Метод основан на определении временных параметров релаксационных процессов накопления энергии первичного сигнала в полупроводниковом переходе фотодетектора. На основе зарядового метода получила дальнейшее развитие математическая модель релаксационных процессов накопления энергии первичного сигнала, что позволило исследовать условия формирования релаксационных процессов и механизмы модуляции параметров релаксационных процессов информационным параметром регистрируемой физической величины. Получение информационного параметра в этом случае предполагается через измерение длительности активного импульса широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Период ШИМ последовательности определяется частотой дискретизации, т.е. частотой инициализации релаксационных процессов. На основе моделирования сенсорного устройства разработаны алгоритм процесса измерения и схемотехнические решения. Анализ модели по критерию максимальной разрешающей способности измерения временных параметров релаксационных процессов определил целесообразным использование в качестве детектора сенсорного устройства не фотодиод, а светодиод в обратном смещении. Присущие светодиодам свойства спектральной и пространственной селективности при измерении оптических сигналов также позволили повысить устойчивость к световым артефактам и также реализовать регистрацию сфигмограммы модифицированным дальномерным способом. Моделирование позволило сформулировать рекомендации к алгоритму, соответственно которому процессор сенсорного устройства должен управлять релаксационными процессами и измерять их временные параметры. Определены условия мультисигнальности зарядового метода измирения токов, на основе чего математически обоснованы механизмы синхронной регистрации двух разных проявлений пульсовой волны (фотоплетизмограмы и сфигмограммы), а также получения дополнительных опорных сигналов электрического и оптического происхождения по единому алгоритму на основе релаксационных процессов накопления энергии измеряемой физической величины. Рассмотрены особенности технического воплощения концепции «Система на сенсоре» при реализации цифрового сенсорного устройства. Проанализированы возможные неточности измерения и способы их уменьшения. Обоснованы требования к уровню помех для регистрации пульсовой волны базового информационного сигнала с приемлемой точностью. Наличие процессора в сенсорном устройстве для управления цифровым первичным преобразованием открыло возможности создания предварительной цифровой обработки сигналов в сенсорном устройстве. Проанализированы вычислительные ресурсы процессора и обосновано их распределение на процедуры выполнения задач цифровой обработки сигналов и на обслуживание цифрового первичного преобразования. Предложены нересурсоемкие алгоритмы цифровой обработки сигналов в реальном времени, в частности высокочастотной и низкочастотной фильтрации, кодирования данных, расчета базовых параметров пульсовых биосигналов. На основе вариации времени накопления энергии сигнала разработаны автоматическое регулирование чувствительности, способ нормализации сигнала в цифровом коде и алгоритмы ЦОС, что позволило увеличить на 30-40 дБ разрешающую способность на полезный сигнал. С практической точки зрения, предложенные способы и алгоритмы повышения точности цифрового первичного преобразования, сенсорная цифровая обработка сигналов в реальном времени, свойство мультисигнальности цифрового сенсорного устройства, наличие и значимость информации в опорных каналах об искажении информационных сигналов, позволяют существенно повысить эффективность систем пульсометрии.
The Dissertation for Degree of Candidate of Technical Sciences speciality 05.11.17 – “Biological and medical devices and systems”. – National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”. Kiev. – 2011. The dissertation is devoted to researching and designing of a digital method of recording slow biological signals which is grounded on definition the time parameters of relaxation processes of a primary signal energy storage. For this purpose on the basis of mathematical model of relaxation processes was explored mechanism of modulation the time constants of relaxation processes by measured physical quantity. Defined the conditions of a multisignal method of direct digitization. Through this mechanism disclosed synchronous recording of photoplethysmography and sphygmography pulse wave biosignals and generate additional reference signals of electrical and optical origin. Theoretical studies and propose technical solutions are implemented in the digital multisignal sensor device and pulsometry systems based on it. It is proposed registration algorithms and signal processing, according to which the initialization and registration of the time constants of relaxation processes are put on the processor sensor devices. Analyzed the computational resources and their distribution on the procedure of calculating the signal parameters and process of the direct digitizing. Offered also non resource-intensive algorithms of a digital processing of signals in a real time, in particular a high-frequency and low-frequency filtering, coding of data, and also calculation of parameters pulse wave biosignals. Practically received results allow to essentially raise efficiency of pulsometry systems.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 – биологические и медицинские приборы и системы. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2011. Диссертация посвящена исследованию цифрового метода регистрации параметров биологических пульсовых сигналов человека и особенностям создания систем пульсометрии на его основе. Метод основан на определении временных параметров релаксационных процессов накопления энергии первичного сигнала в полупроводниковом переходе фотодетектора. На основе зарядового метода получила дальнейшее развитие математическая модель релаксационных процессов накопления энергии первичного сигнала, что позволило исследовать условия формирования релаксационных процессов и механизмы модуляции параметров релаксационных процессов информационным параметром регистрируемой физической величины. Получение информационного параметра в этом случае предполагается через измерение длительности активного импульса широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Период ШИМ последовательности определяется частотой дискретизации, т.е. частотой инициализации релаксационных процессов. На основе моделирования сенсорного устройства разработаны алгоритм процесса измерения и схемотехнические решения. Анализ модели по критерию максимальной разрешающей способности измерения временных параметров релаксационных процессов определил целесообразным использование в качестве детектора сенсорного устройства не фотодиод, а светодиод в обратном смещении. Присущие светодиодам свойства спектральной и пространственной селективности при измерении оптических сигналов также позволили повысить устойчивость к световым артефактам и также реализовать регистрацию сфигмограммы модифицированным дальномерным способом. Моделирование позволило сформулировать рекомендации к алгоритму, соответственно которому процессор сенсорного устройства должен управлять релаксационными процессами и измерять их временные параметры. Определены условия мультисигнальности зарядового метода измирения токов, на основе чего математически обоснованы механизмы синхронной регистрации двух разных проявлений пульсовой волны (фотоплетизмограмы и сфигмограммы), а также получения дополнительных опорных сигналов электрического и оптического происхождения по единому алгоритму на основе релаксационных процессов накопления энергии измеряемой физической величины. Рассмотрены особенности технического воплощения концепции «Система на сенсоре» при реализации цифрового сенсорного устройства. Проанализированы возможные неточности измерения и способы их уменьшения. Обоснованы требования к уровню помех для регистрации пульсовой волны базового информационного сигнала с приемлемой точностью. Наличие процессора в сенсорном устройстве для управления цифровым первичным преобразованием открыло возможности создания предварительной цифровой обработки сигналов в сенсорном устройстве. Проанализированы вычислительные ресурсы процессора и обосновано их распределение на процедуры выполнения задач цифровой обработки сигналов и на обслуживание цифрового первичного преобразования. Предложены нересурсоемкие алгоритмы цифровой обработки сигналов в реальном времени, в частности высокочастотной и низкочастотной фильтрации, кодирования данных, расчета базовых параметров пульсовых биосигналов. На основе вариации времени накопления энергии сигнала разработаны автоматическое регулирование чувствительности, способ нормализации сигнала в цифровом коде и алгоритмы ЦОС, что позволило увеличить на 30-40 дБ разрешающую способность на полезный сигнал. С практической точки зрения, предложенные способы и алгоритмы повышения точности цифрового первичного преобразования, сенсорная цифровая обработка сигналов в реальном времени, свойство мультисигнальности цифрового сенсорного устройства, наличие и значимость информации в опорных каналах об искажении информационных сигналов, позволяют существенно повысить эффективность систем пульсометрии.
The Dissertation for Degree of Candidate of Technical Sciences speciality 05.11.17 – “Biological and medical devices and systems”. – National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”. Kiev. – 2011. The dissertation is devoted to researching and designing of a digital method of recording slow biological signals which is grounded on definition the time parameters of relaxation processes of a primary signal energy storage. For this purpose on the basis of mathematical model of relaxation processes was explored mechanism of modulation the time constants of relaxation processes by measured physical quantity. Defined the conditions of a multisignal method of direct digitization. Through this mechanism disclosed synchronous recording of photoplethysmography and sphygmography pulse wave biosignals and generate additional reference signals of electrical and optical origin. Theoretical studies and propose technical solutions are implemented in the digital multisignal sensor device and pulsometry systems based on it. It is proposed registration algorithms and signal processing, according to which the initialization and registration of the time constants of relaxation processes are put on the processor sensor devices. Analyzed the computational resources and their distribution on the procedure of calculating the signal parameters and process of the direct digitizing. Offered also non resource-intensive algorithms of a digital processing of signals in a real time, in particular a high-frequency and low-frequency filtering, coding of data, and also calculation of parameters pulse wave biosignals. Practically received results allow to essentially raise efficiency of pulsometry systems.