Loading...

Motion Artifact Detection, Chip Characterization, and a Multi-Lead BLE ECG System with Internal Memory Design

Mohammad Mahdi Moeini Manesh | 2025

100 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 58705 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Fotowat Ahmadi, Ali
  7. Abstract:
  8. The aim of this research is to investigate the challenges of cardiac signal recording and to propose solutions for improving it. First, the function of the heart, the role of electrodes, and the process of generating an electrocardiogram (ECG) are explained. One of the most significant issues in ECG recording during patient movement is motion artifact, which makes interpreting the cardiac signal difficult. To study this problem, an experimental circuit was built, and approximately 60% correlation was observed between the electrode–tissue impedance (as an indicator of motion artifact) and the cardiac signal. In addition, a chip called TMCIA was characterized for the purpose of recording cardiac signals and electrode–tissue impedance, simultaneously. The results showed differential gains of 42 and 47dB, a CMRR greater than 75dB, and an input-referred noise of less than 60nV/√Hz. Experiments conducted on the human body also demonstrated that this chip can simultaneously record the cardiac signal and electrode–tissue impedance by injecting currents up to 200nA at a frequency of 1 kHz. This chip also employs techniques such as chopping and time-domain multiplexing, which respectively help suppress low-frequency amplifier noise and significantly reduce power consumption. The study then addresses the limitations of existing Holter devices, such as insufficient long-term recording capability and a limited number of leads. A new Holter device called Alpha is introduced, which has a small form factor and can continuously display six leads in real time on a mobile phone while simultaneously storing the data in its internal memory for three days. It is also shown that this device has the potential to support up to 3 weeks of recording
  9. Keywords:
  10. Electrocardiogram ; Electrode-Tissue Impedance ; Holter Monitor ; Motion Atrifact

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه و مروری بر مفاهیم پایه
    • الکترونیک پوشیدنی
      • مقدمه و مفهوم الکترونیک پوشیدنی
      • انواع و طبقه‌بندی الکترونیک پوشیدنی
      • کاربردهای الکترونیک پوشیدنی
      • مفاهیم کلیدی و چالش‌ها برای درک الکترونیک پوشیدنی
        • ویژگی‌ها و اصول طراحی ایده‌آل
        • ضرورت رویکرد فرارشته‌ای
        • چالش‌های فنی و پیاده‌سازی
        • چالش‌های پذیرش و اجتماعی
    • ضبط سیگنال قلبی ECG
      • نیاز جامعه به پایش ECG
      • آشنایی با الکترود
        • مقدمه
        • انتقال فارادی
        • انتقال غیر فارادی
        • ولتاژ نیم‌سلول
        • مدل مداری الکترود و پوست
      • آشنایی با ساختار قلب و نوار قلب
        • معرفی سلول‌های قلبی
        • انواع سلول‌های قلبی
        • معرفی نوار قلب
        • زوایای مختلف قلب و معرفی لید
        • روابط لیدهای اندامی
      • مشکلات ضبط ECG
        • مقدمه‌ای بر مسیر سیگنال
        • مشکل مقدار DC تفاضلی الکترودها
        • مشکل اختلاف مقدار حالت مشترک بدن از محدوده ورودی‌های مدار
        • مشکل حفاظت بدن و مدار
        • مشکل سیگنال حالت مشترک
    • سازمان پایان‌نامه
  • مروری بر پیشینه تحقیق
    • مقدمه
    • تشخیص و حذف نویز حرکتی در سیگنال قلب
      • تعریف نویز حرکتی و اهمیت حذف آن
      • روش‌های پردازش سیگنالی کاهش نویز حرکتی
        • فیلترهای تطبیقی
        • جداسازی کور سیگنال منبع
        • تجزیه‌ی مد تجربی
        • تبدیل موجک
    • یک تراشه به منظور ضبط ECG با قابلیت تشخیص نویز حرکتی
      • معرفی تراشه
      • نحوه عملکرد برش
      • بلوک دیاگرام سطح بالا
      • حالات عملکردی تراشه
      • تحلیل فرکانسی سیگنال درون تراشه
      • ساختار مداری تراشه
        • مدار CFIA
        • مدار منابع جریان
    • مروری بر دستگاه‌های نظارت و پایش قلب
      • مقدمه
      • انواع دستگاه‌های بیمارستانی
      • تقابل اندازه‌گیری بیمارستانی با دستگاه‌های هولتر
      • دستگاه‌های هولتر موجود در بازار
        • دستگاه NH1 از شرکت نبض هوشمند سلامت
        • دستگاه N-PEC1 از شرکت زیستل
        • دستگاه Zio از شرکت iRHYTHM
        • دستگاه KardiaMobile 6L از شرکت GE Healthcare
  • تشخیص نویز حرکتی
    • معرفی اجمالی نویز حرکتی و نقش منابع جریان
      • نویز حرکتی به طور خاص
      • حالات قرارگیری منابع جریان در تشخیص نویز حرکتی
        • حالت ایده‌آل
        • حالت غیر ایده‌آل
      • ویژگی‌های منابع جریان
        • دامنه
        • فرکانس
    • معماری کلی مدار تشخیص نویز حرکتی
      • بلوک‌دیاگرام سطح بالا
      • توضیح ماژول‌ها و تعامل آن‌ها
        • بورد مدار چاپی
        • پردازنده
        • الکترود مجازی
        • تقویت‌کننده و منابع جریان
        • تغذیه
    • روند تشخیص نویز حرکتی و نتایج اندازه‌گیری
      • معرفی روش تشخیص نویز حرکتی
      • همبستگی میان نویز حرکتی و امپدانس الکترود-پوست
      • نتایج اندازه‌گیری نویز حرکتی
  • مشخصه‌یابی تراشه
    • معرفی دستگاه آزمایش‌گر و توصیف سخت‌افزاری
      • معرفی کلی و بلوک دیاگرام سطح بالا
      • توضیح ماژول‌ها و تعامل آن‌ها
        • بورد مدار چاپی
        • پردازنده اصلی
        • انتخاب ورودی
        • تراشه TMCIA
        • بافر خروجی
        • تغذیه
    • آزمایش‌ها و نتایج اندازه‌گیری
      • مقدمه
      • آزمایش بهره تفاضلی
        • معرفی آزمایش بهره تفاضلی
        • نتایج آزمایش بهره تفاضلی
      • آزمایش نرخ حذف حالت مشترک
        • معرفی آزمایش نرخ حذف حالت مشترک
        • نتایج آزمایش نرخ حذف حالت مشترک
      • آزمایش نویز ورودی
        • معرفی آزمایش نویز ورودی
        • نتایج آزمایش نویز ورودی
      • آزمایش اندازه منابع جریان
        • معرفی آزمایش اندازه‌گیری جریان
        • نتایج آزمایش اندازه‌گیری جریان
      • آزمایش اندازه‌گیری امپدانس
        • معرفی آزمایش اندازه‌گیری امپدانس
        • نتایج آزمایش اندازه‌گیری امپدانس
      • آزمایش کامل تراشه بدون اتصال به بدن
        • معرفی آزمایش کامل تراشه بدون اتصال به بدن
        • نتایج آزمایش کامل تراشه بدون اتصال به بدن
      • آزمایش کامل تراشه با اتصال به بدن
        • معرفی آزمایش کامل تراشه با اتصال به بدن
        • نتایج آزمایش کامل تراشه با اتصال به بدن
  • بررسی و تحلیل دستگاه هولتر آلفا
    • معرفی دستگاه آلفا و ضرورت طراحی جدید
      • پیشینه دستگاه آلفا
      • چالش‌های موجود در دستگاه‌های فعلی
      • اهداف طراحی دستگاه آلفا
    • معماری کلی دستگاه هولتر آلفا
      • بلوک‌دیاگرام سطح بالا
      • توضیح ماژول‌ها و تعامل آن‌ها
        • بورد مدار چاپی
        • پردازنده اصلی
        • حافظه
        • ارتباط بلوتوث کم‌انرژی (BLE)
        • ارتباط USB
        • مدار آنالوگ جلویی
        • تغذیه
    • جزئیات طراحی سخت‌افزار
      • انتخاب پردازنده اصلی
        • مقدمه
        • هسته‌های پردازشی
        • حافظه‌های داخلی میکروکنترلر
        • ارتباط بی‌سیم
        • هسته Sensor Controller
        • امکانات جانبی
        • بررسی مصرف توان در میکروکنترلر
      • انتخاب مدار آنالوگ جلویی و مدار آنالوگ به دیجیتال
        • مقدمه
        • مدار ورودی تراشه
        • تقویت‌کننده‌های داخلی
        • مبدل آنالوگ به دیجیتال
        • مدار Lead Off Detection
      • انتخاب حافظه
        • مقدمه
        • چیدمان آرایه حافظه
        • بررسی مصرف توان در حافظه
      • تحلیل مصرف توان قسمت‌های مختلف مدار
    • جزئیات نرم‌افزار و سیستم تعبیه‌شده
      • معماری کلی کد و مدیریت وظایف
        • کدهای مربوط به دریافت داده
        • کدهای مربوط به بلوتوث
        • کدهای مربوط به USB
        • کدهای مربوط به حافظه
      • فشرده‌سازی داده‌ها
      • نرم‌افزار رابط کاربری
    • اعتبارسنجی و تست عملکرد دستگاه
      • تست سیگنال ECG از پیش آماده
        • معرفی تست
        • نتایج تست
      • تست سیگنال ECG واقعی
        • معرفی تست
        • نتایج تست
      • تست حجم داده‌ها
        • معرفی تست
        • نتایج تست
      • تست مصرف توان و عمر باتری
        • معرفی تست
        • نتایج تست
  • نتیجه‌گیری، جمع‌بندی و ارائه پیشنهادات
    • جمع‌بندی
    • بررسی و پیشنهادات برای تراشه TMCIA
    • بررسی و پیشنهادات برای دستگاه هولتر آلفا
      • اهداف محقق شده و بررسی رفع معایب قبلی
      • چالش‌های فعلی و پیشنهادات
  • مراجع
  • واژه‌نامه
  • بخشی از استانداردهای دستگاه‌های هولتر
...see more