电气工程与系统科学 > 信号处理
[提交于 2025年5月3日
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标题: 实时、单耳、可穿戴心电图重构、R波峰值检测及心率/心率变异性监测
标题: Real-Time, Single-Ear, Wearable ECG Reconstruction, R-Peak Detection, and HR/HRV Monitoring
摘要: 生物信号监测,特别是通过心率(HR)和心率变异性(HRV)跟踪来监测心脏活动,在实现生理和认知状态的连续、无创跟踪方面至关重要。最近的研究探索了紧凑型头戴设备以改善HR和HRV监测的可用性并减少污名。然而,这种方法受到当前依赖湿电极的限制,这降低了可用性;耳部衍生信号的弱强度使得HR/HRV提取更加复杂;并且目前的算法与嵌入式部署不兼容。本研究介绍了一种用于实时ECG(心电图)参数估计的单耳可穿戴系统,该系统直接运行在BioGAP上,这是一种用于生物信号采集和处理的低功耗设备。通过结合耳内电极技术、优化后的DeepMF算法和BioGAP,我们提出了一种独立于受试者的方案,允许在设备上直接且稳健地提取HR/HRV参数,每次推断仅消耗36.7微焦耳,并且性能与当前最先进的架构相当,分别实现了0.49 bpm和25.82 ms的HR/HRV平均误差,同时估算电池寿命为36小时,整个系统的功率消耗为7.6毫瓦。临床相关性:重建ECG信号并提取HR和HRV为使用头戴设备进行连续、无创的心血管监测铺平了道路。特别是在日常使用设备(如耳机)中整合心血管测量具有潜力,能够在家中持续监测以实现早期检测心血管异常。
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