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基于高频心电的心脏自主神经评估系统自主神经系统与心血管疾病的发病密切相关，实时自主神经系统的监护对心血管疾病的早期筛查、治疗及预后有重要意义。由于传统自主神经系统的评估方法无法实现实时、连续评估心脏自主神经活性，皮肤交感神经活性（SKNA）和心电图（ECG）的同步非侵入性采集（neuECG）已成为自主神经系统实时评估的新方法。但是该方法因缺乏专用的信号采集评估设备而存在一定的局限性。基于此，本设计提出了一种新型基于高频neuECG的便携式监测系统。同时，本文基于实验室已有专利，设计出了一个基于云构架的监护方案，可实现远程医疗及智能监测。

简介

本团队已提出第一个专门为neuECG监护而设计的专用设备，可同时监测ECG和高频的SKNA信号，并能够实现初步的实时数据分析和传输，但其噪声水平较高及数据分析的单一性限制了其应用和推广。本研究中，针对SKNA信号的特点，对原型机的前端进行了改进以降低系统底噪，并设计了自适应PLI滤波器和离群值剔除来抑制信号中的伪影。在数据分析时，加入心率变异性分析的相关指标，与SKNA数据计算相结合实现了对自主神经系统的综合评估。

通过性能实验，对本系统与Powerlab参考系统的底噪和信号相关性进行了比较。结果表明，相比于参考系统，本系统具有更低的系统底噪，为。此外，两个系统的eSKNA的相关系数为0.83，心率变异性的相关系数为0.99，表明本系统与参考系统具有良好的相关性。此外，利用临床实验验证了该系统的有效性和鲁棒性。结果显示，本系统在麻醉注射前后均能显著反映交感神经活性的变化（p<0.01），说明在该应用场景中本系统的可行性优于基于心率变异性的装置（p=0.40）。临床试验证明，本系统在临床应用中实现了与参考系统的相当的性能，对自主神经系统评估具有令人满意的性能。

关键词：医疗监护，自主神经，低噪声，NeuECG，HRV

第二章 方案论证与系统设计

该系统由一个小型便携式数据采集设备和一个基于PC机的信号处理和软件分析平台组成。便携式数据采集装置是系统的核心部件。该设备可以同时记录ECG和SKNA，并将采集到的数据通过有线或无线传输到数据分析软件进行显示和进一步处理。该便携式设备还包括一个作为临时数据存储的本地SD卡。该设备使用传统的一次性银/氯化银(Ag/AgCl)电极。

本系统可将采集到的数据存储至本地SD卡，也可通过蓝牙无线传输、USB传输至PC处理平台对数据进行分析和显示。在实际应用场景中，本系统可依托实验室团队搭建的基于云架构的穿戴式心电监护系统及其监护方法[46]，可将设备接入互联网，与医生实现远程交互，为医生提供诊断辅助。此外，还可借助于云服务，搭建病人数据中心，实现病人的长程疾病追踪。

2.1 硬件设计

数据采集装置由AFE电路、微控制器、电源管理电路和用户界面组件组成。图2-1中的黄色虚线框显示了数据采集系统的主要组成部分。生物电位信号采集采用低噪声AFE。微控制器控制数据的采集、存储和传输。该系统有一个双按钮用户界面来控制采集的开始/停止和定时同步。系统状态显示在OLED屏幕上，包括系统剩余电池容量、采样频率、数据记录开始时间和实时波形。

2.2 软件设计

数据分析系统采用美国国家仪器公司的LabVIEW作为软件开发平台。HRV分析是评估自主神经系统的常规方法，一般基于5分钟窗口进行评估[39]。作为自主神经系统指标，HRV可以定量评价心脏交感神经和迷走神经的张力和平衡。SKNA可以实时反映交感神经活动的变化。因此，在软件框架中进行HRV分析和SKNA计算，对自主神经系统进行研究。软件流程如图2-3所示，数据分析软件界面如图2-4所示。

2.3 基于云构架的监护方案

以自主神经评估系统为核心，以实验室现有专利设计为依托，形成了一个基于云构架的监护方案。本方案中，自主神经评估系统可将数据分析结果通过网络传输至云服务器中，并传输至医生端浏览器。医生经医生端浏览器可以查看自主神经系统评估结果，给出准确、专业的医生判断，得到医生最后结论，提供医生治疗或保健建议，并上传至云平台服务器进行存储。医生端浏览器根据医生诊断结论自动生成动态自主精神系统活性评估报告同时上传云平台服务器，云平台服务器将动态自主精神系统活性评估传达给智能手机APP即用户。用户可以根据动态心电报告及时就医，根据医生建议及时治疗。

当监测系统的评估出危险信号时，智能手机APP会连续记录5分钟的neu信号同步上传至云平台服务器，云平台服务器紧急处理上传信号，将自动标注结果发送到医生端浏览器。医生端浏览器得到此信号后弹出黄色闪烁提醒信息等待医生处理，医生处理时根据情况的严重程度给与合理的建议并通过云平台服务器反馈给用户，用户可以根据医生建议将neu数据选择性的归档保存。

当用户自我感觉心脏不舒服时，使用智能手机APP上的短时持续记录心电数据功能进行数据分析、生成自动分析报告并上传至云平台服务器，云平台服务器不加处理直接传输给医生端浏览器，医生端浏览器收到消息后提醒医生查看，医生可以随时查看给出医疗建议并选择归档。

用户可以上传医生随访记录(患者病史)和家庭健康档案(多个家庭成员、共享健康信息、家庭整体健康状况评估等)至云平台服务器，云平台服务器使用大数据智能分析，得出用户可能携带的遗传心脏类病症，提出系统化建议，提出用户体检方式、种类和时间规划等针对性建议。如病症特殊或严重，云平台服务器将家庭健康数据发送至医生端浏览器以求获得专业性建议。家庭健康档案还包括家庭成员使用该系统时的所有心电数据分析，云平台服务器利用该数据提供对比分析亲属关联关系，分析家庭对个人健康的影响，为个人和家庭提供针对性的保健指导，并将指导意见发送至家庭每个用户智能手机APP端，实现个人和家庭健康状态的持续性跟踪。