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基于MATLAB软件心跳呼吸模型的仿真设计

发布时间:2020-06-30 17:45:02 阅读: 来源:燃气阀厂家

摘要:分析了人体心跳、呼吸等生命信号的特征和基本规律,并根据人体呼吸和心跳的特征及其在不同领域的应用,给出了三种不同方法的呼吸、心跳模型仿真。关键词:心跳呼吸模型;matlab;正弦振荡;最小二乘法;分段函数0 引言 呼吸和心跳是维持人体正常新陈代谢和功能活动所必须的生理过程。在生命探测和医学研究领域,都需要进行心跳呼模型的仿真。MAT-LAB是MathWorks公司于1982年推出的一款高性能的数值计算和可视化数学软件。它可以用来求解各类学科问题,包括信号处理、图象处理、神经网络、控制系统辨识等。用MATLAB对心跳呼吸进行仿真,可以大大提高仿真工作效率。1 生命信号特征分析 生命信号的规律性主要体现在心跳和呼吸的速率都很低。通常情况下,心跳次数约为每分钟70到80次,即使是剧烈运动时,也不过130次左右;而呼吸引起的胸腔起伏通常约为每分钟20到30次,呼吸急促时也不过是60次左右,所以,人体生命信号的探测,实际上就是低速运动目标的检测。在人体情绪平稳时,心跳和呼吸的频率基本维持在一个稳定的范围内且呈周期性变化。 对于生命信号,很多情况下,也会呈现出非规律性。一般情况下,为了简化分析,可以将人体目标信号假设成具有周期性频率的正弦振荡信号。而实际上,人体呼吸引起的胸腔运动以及心跳都不是正弦曲线。而且,由于人与人之间的差异,不同人的生命信号幅度和频率等参数也是不同的。即使是同一个人,有些参数在不同的情况下也会发生变化。例如,人在受惊吓时,呼吸就会加快,从而导致呼吸信号的幅度和频率升高。2 跳呼吸模型仿真2.1 正弦振荡模型 通常情况下,在生命探测领域,心跳和呼吸模型可以用两个正弦振荡函数来表示: 其中,A1和A2分别为呼吸和心跳的振幅;w1和w2分别为呼吸和心跳的频率;θ2是常数相位。 若将呼吸、心跳的频率和幅度参数设置为:A1=0.4cm,A2=0.05cm,w1=1.57rad,w2=9.42rad,θ2=0.956。那么,由以上设定参数并通过matlab软件所得出的心跳呼吸时域模型如图1所示。

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