基于心电信号的织物电极研究_毕业论文.pdf

北京服装学院硕士学位论文

目 录

摘 要 ................................................................................................................................................ i

Abstract ........................................................................................................................................... ii

第 1 章 绪 论 .................................................................................................................................. 1

1.4 研究框架 ................................................................................................................................... 7

1.4.1 研究思路 ................................................................................................................................ 7

1.4.2 研究方法 ................................................................................................................................ 7

1.5 论文章节安排 ........................................................................................................................... 8

第 2 章 心电信号与心电电极 ....................................................................................................... 9

2.1 心电信号的产生 ....................................................................................................................... 9

2.1.1 生物电信号 ............................................................................................................................ 9

2.1.2 心电信号 .............................................................................................................................. 11

2.2 心电信号的采集 ..................................................................................................................... 12

2.3 心电电极与相关特征指标 ..................................................................................................... 14

II

2.3.2 心电电极特征指标 .............................................................................................................. 17

2.3.2.1 心电波形图与心电信号质量 ........................................................................................... 17

2.3.2.2 电极本身的电学特性 ....................................................................................................... 18

2.4 本章小结 ................................................................................................................................. 18

第 3 章 织物电极面积结构与心电信号检测 ............................................................................. 19

3.1 织物电极材料介绍 ................................................................................................................. 19

3.2 织物电极材料舒适性分析 ..................................................................................................... 20

3.2.1 织物电极材料透湿性实验 .................................................................................................. 21

3.2.1.1 实验准备与过程 ............................................................................................................... 21

3.2.3.1 实验结果 ........................................................................................................................... 24

3.3 织物电极材料方阻测量 ......................................................................................................... 24

3.3.1 测量准备与过程 .................................................................................................................. 25

3.3.2 测量结果与分析 .................................................................................................................. 26

3.4 织物电极面积大小分析 ......................................................................................................... 30

3.4.1 织物电极结构设计 .............................................................................................................. 30

3.4.2 织物电极心电信号获取与分析 .......................................................................................... 31

3.4.3 心电信号信噪比评价 .......................................................................................................... 35

3.4.3.1 信噪比介绍 ....................................................................................................................... 35

3.4.3.2 计算结果与比较 ............................................................................................................... 35

4.1.1.2 试验结果与分析 ............................................................................................................... 43

4.2 本章小结 ................................................................................................................................. 45

第 5 章 心电衣设计与测试分析 ................................................................................................. 46

5.1 心电衣面料选择 ..................................................................................................................... 46

5.1.1 心电衣面料舒适性分析 ...................................................................................................... 47

5.1.1.1 吸水性 ............................................................................................................................... 47

5.1.1.2 透湿性 ............................................................................................................................... 48

5.1.1.3 透气性 ............................................................................................................................... 48

5.2 心电衣设计 ............................................................................................................................. 49

5.3 心电衣试穿与测试 ................................................................................................................. 50

参考文献 ....................................................................................................................................... 59

致谢 ............................................................................................................................................... 63

北京服装学院硕士学位论文

病死亡人数最多且自 2000 年以来患病率持续升高，2019 年患病人数高达 890 万人

活动状况进行实时监测并通过心电波形图观察与分析。此类诊疗手段对于心血管疾病的

预防，治疗以及康复十分有效，缺点是需要相关病患长期留守医院亦或是经常去医院配

合检查。在一定程度上引起了不小的医疗压力，对医院造成了一定的负担，且常出现挂

号难等现象。对病人来说，治疗费用也是较为昂贵的开销，并且对病患本人的时间也造

成了浪费。综上所述，可穿戴心电监测设备的研究与开发显得十分必要且在某些领域已

经出现了相关可穿戴心电监测的产品

。

可穿戴心电监测设备，如心电衣等，它是一种将检测心电信号的电极、处理信号的控

制器和纺织品（衣服、松紧带等）结合在一起的新型监测设备

。与传统的医院诊疗手段

医用电极的新型电极则不会引发该类问题。

织物电极柔软性好且易于与服装结合，耐久性强。通过与人体皮肤直接接触，导电材

料自身电阻变化，即可检测人体表面的生物电信号。依托于服装结构，织物电极能够水

洗、重复利用，同时大大减少了一次性心电电极的损耗，降低了资源的浪费

制单元可拆卸，能够很好的实现智能可穿戴心电监护设备研发。织物电极作为可穿戴心

电设备的重要组成部分之一，它的结构大小关系着心电信号采集的质量。不同的织物电

极面积大小所采集到的心电信号具有一定的差异

文设计一款了织物电极并通过实验探究面积大小与心电信号质量之间的关系，同时用一

次性医用导电凝胶电极采集心电信号作为对照组。将不同面积的织物电极采集到的心电

信号与医用电极采集的心电信号进行对比，以此来确定织物电极的面积与心电信号质量

之间的关系。

舒适性做了大量相关研究，并且于 2008 年 研 制 了 一 种 基 于 聚 二 甲 基 硅 氧 烷

（polydimethylsiloxane,PDMS）的干式电极。该干式电极灵活性好，柔韧性强，可通过改

变自身形状来完成与皮肤之间的持续良性接触。对于推进便携式可穿戴心电信号监测设

备的研发和使用，具有很大的研究意义

。韩国相关研究人员设计了一款基于织物电极

的心电信号检测设备，其设计的织物电极是通过将不同类型的导电纱线进行无缝编织并

与一般织物结合。由此形成织物电极。该方法与传统的印刷电路板相类似，直接把电路

印刷在织物上，最后与传感器相配合共同构成心电信号检测设备。意大利卡利亚里大学

研究者针对干燥和潮湿环境，设计了一种可以稳定获取人体心电信号的纺织结构电极。

该研究人员利用性能良好的导电聚合物材料——聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（4-苯乙烯