專利名稱：基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于心磁信號(hào)(MCG)處理領(lǐng)域，尤其是一種基于數(shù)字信號(hào) 處理(Digital Signal Processing ， DSP)的心》茲信號(hào)采集處理方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著MCG檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的數(shù)據(jù)處理方法和設(shè)備的 研究設(shè)計(jì)已經(jīng)成為該領(lǐng)域重要的研究方向。我國(guó)MCG的研究已進(jìn)入人體 MCG樣本采集實(shí)驗(yàn)階段，同時(shí)也開(kāi)展了動(dòng)物MCG的采集等工作。
目前MCG的處理流程一般是首先將超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID )探測(cè) 到的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中存儲(chǔ)，后期調(diào) 用軟件應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。MCG非常微弱，人類心臟也只是l(T特 斯拉量級(jí)，所以后期的數(shù)據(jù)處理特別是噪聲衰減就非常重要。目前的這 種采集和處理方法的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集卡沒(méi)有處理功能，數(shù)據(jù)處理依靠軟 件離線進(jìn)行，不具有實(shí)時(shí)性，速度相對(duì)較慢；而且在可預(yù)期的便攜式MCG 監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備中，還要求MCG采集和處理系統(tǒng)必須數(shù)字化處理、可存儲(chǔ) 或傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種 可實(shí)時(shí)采集和處理心磁信號(hào)的系統(tǒng)。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種基于DSP的心磁信號(hào)采集處理方法，其步驟包括
(1) 通過(guò)超導(dǎo)量子千涉儀探測(cè)得到心磁信號(hào)；
(2) 將心磁信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；
(3) DSP芯片對(duì)心磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行R波檢測(cè)運(yùn)算；
(4) 獲得準(zhǔn)確的定位心石茲信號(hào)的R波位置。
步驟2進(jìn)一步包括首先對(duì)心磁信號(hào)經(jīng)過(guò)均值預(yù)處理，然后根據(jù)心 磁信號(hào)的特點(diǎn)確定運(yùn)算窗的長(zhǎng)度，利用曲線長(zhǎng)度原理，計(jì)算R波的位置。
R波檢測(cè)算法中的運(yùn)算窗的長(zhǎng)度為20-50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 R波檢測(cè)算法的曲線長(zhǎng)度原理公式為"。X」，
",-l乂f 2 -1」+ |>^—2 -,其中前一個(gè)公式給出迭代初始值，"。為 初始迭代值，后一個(gè)公式給出迭代公式，f/,和f/卜,分別表示前一個(gè)已經(jīng) 計(jì)算出的迭代值和要計(jì)算的下一個(gè)迭代值，少表示心磁信號(hào)幅度。
數(shù)據(jù)首先被讀入到DSP芯片的雙緩存，緩沖滿后觸發(fā)傳輸中斷，在 中斷處理子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的R波檢測(cè)算法。
一種基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)處理系統(tǒng)，包括電源供應(yīng)模塊， AD轉(zhuǎn)換模塊，USB接口，電壓監(jiān)控模塊和數(shù)字信號(hào)處理芯片，A/D轉(zhuǎn)換 模塊與超導(dǎo)量子干涉儀連接，DSP芯片通過(guò)USB接口與A/D轉(zhuǎn)換模塊連 接，使超導(dǎo)量子干涉儀探測(cè)到的心磁信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)綌?shù)字 信號(hào)處理芯片中。
進(jìn)一步包括監(jiān)控復(fù)位電路，該監(jiān)控復(fù)位電路與DSP芯片連接，用于
系統(tǒng)電壓檢測(cè)及上電和手動(dòng)復(fù)位時(shí)DSP芯片復(fù)位月永沖的產(chǎn)生。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
利用DSP芯片高速數(shù)字信號(hào)處理能力和處理算法可靈活修改的特 點(diǎn)，可以作為一個(gè)MCG硬件處理算法的驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硬件可實(shí)時(shí)處理， 實(shí)現(xiàn)MCG的實(shí)時(shí)lt字化處理。系統(tǒng)最高運(yùn)行時(shí)鐘可達(dá)160MHz， USB接口 的實(shí)現(xiàn)也^f吏用DSP作為MCU硬件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
圖1為基于DSP的心磁信號(hào)采集處理系統(tǒng)示意圖2為DSP芯片的處理流程圖3為R波檢測(cè)算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的主要功能模塊包括電源供應(yīng)模塊， AD轉(zhuǎn)換模塊，USB接口，電壓監(jiān)控模塊和DSP芯片。
實(shí)際系統(tǒng)中，核心控制和處理的DSP芯片采用TI公司出品的 TMS320VC5416,通過(guò)該芯片控制ADC，響應(yīng)USB接口的各種請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的算法處理和發(fā)送處理結(jié)果到主機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。
圖1中監(jiān)控復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)電壓檢測(cè)及上電和手動(dòng)復(fù)位時(shí) DSP芯片復(fù)位(reset)脈沖的產(chǎn)生。
系統(tǒng)供電采用一路+ 5V直流電壓。
實(shí)際系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換模塊，采用TI公司的TLV2541，該芯片是外
置基準(zhǔn)源的單通道12位逐次逼近型ADC, 精度能滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)要求。 與DSP芯片——TMS320VC5416的McBSPO 口連接，控制其ADC,實(shí)現(xiàn)不 間斷采樣。
實(shí)際系統(tǒng)中，USB接口芯片采用飛利浦公司的PDIUSBD12，該芯片 采用USB1. 1協(xié)議，能夠完成USB底層的數(shù)據(jù)鏈路級(jí)的交換，但是需要 MCU應(yīng)答主機(jī)的各種請(qǐng)求，已實(shí)現(xiàn)設(shè)備的枚舉和USB數(shù)據(jù)傳輸。
硬件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB信號(hào)線連接，在windows操作系統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)上安裝好驅(qū)動(dòng)程序后，即可識(shí)別出該設(shè)備。主機(jī)端應(yīng)用程序的功能 主要是顯示處理結(jié)果并以文本文件的格式存儲(chǔ)。
所述系統(tǒng)可以上電自動(dòng)引導(dǎo)，不需要其他的外部輔助設(shè)備加載DSP程序。
圖3是R波檢測(cè)算法的流程圖，原始的MCG信號(hào)先經(jīng)過(guò)均值預(yù)處理， 然后根據(jù)MCG信號(hào)的特點(diǎn)確定運(yùn)算窗的長(zhǎng)度，利用曲線長(zhǎng)度原理再現(xiàn)R 波的位置。此R波;險(xiǎn)測(cè)算法適用性強(qiáng)，由于在該算法中加入了預(yù)處理算 法，因此對(duì)于信噪比差的MCG信號(hào)也能準(zhǔn)確再現(xiàn)R波的位置。是否對(duì)原 始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)R波位置的檢測(cè)效果有明顯的影響，尤其在弱信 號(hào)的情況下更加明顯。經(jīng)過(guò)大量的算法研究與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用均值算法 對(duì)MCG信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的效果很好，不僅能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)信噪比高的MCG 信號(hào)的R波位置，對(duì)于信噪比低的MCG信號(hào)，也能很好地再現(xiàn)R波位置。
圖2是DSP芯片內(nèi)程序的流程圖，系統(tǒng)處理流程是通電后 TMS320VC5416 (以下簡(jiǎn)稱C5416 )加載存儲(chǔ)在外部flash的DSP程序到 片內(nèi)RAM,控制ADC芯片TLV2541進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，頻率為lKHz,模擬信
號(hào)輸入范圍是0——2. 5V。 DSP芯片和ADC芯片直接的通信采用DMA方 式，保證了采樣的連續(xù)性。同時(shí)設(shè)置DSP芯片的DMA中斷，轉(zhuǎn)換結(jié)果讀 入C5416片內(nèi)設(shè)置的雙緩沖。緩沖滿后會(huì)觸發(fā)C5416的DMA傳輸中斷， 在中斷處理子程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，目前固化的算法是R波檢測(cè)算法， 通過(guò)該算法可以準(zhǔn)確的定位MCG的R波位置，是進(jìn)一步進(jìn)行特征提取的 必要處理過(guò)程。當(dāng)接收到主機(jī)的發(fā)回處理結(jié)果請(qǐng)求后，C5416將數(shù)據(jù)通 過(guò)USB接口發(fā)回應(yīng)用程序顯示并存儲(chǔ)。要注意的是，主機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng) 求的頻率由采樣率，DSP芯片中的緩沖區(qū)容量決定。這樣就可以保證每 次在中斷中完成數(shù)據(jù)處理后都會(huì)有一次USB數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求發(fā)到系統(tǒng)中。
所述系統(tǒng)主機(jī)端的程序包括window操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 和應(yīng)用程序，應(yīng)用程序是在美國(guó)NI公司的LabVIEW平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā) 周期短也便于后續(xù)的程序功能完善和擴(kuò)展。應(yīng)用程序的主要功能是實(shí)時(shí) 顯示硬件系統(tǒng)處理結(jié)果并保存數(shù)據(jù)。
綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于DSP的心磁信號(hào)采集處理方 法及其裝置。上面描述的應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)施例，并非用于限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的 更動(dòng)和潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1、一種基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法，其步驟包括(1)通過(guò)超導(dǎo)量子干涉儀探測(cè)得到心磁信號(hào)；(2)將心磁信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；(3)數(shù)字信號(hào)處理芯片對(duì)心磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行R波檢測(cè)運(yùn)算；(4)獲得準(zhǔn)確的定位心磁信號(hào)的R波位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法，其特 征在于步驟3進(jìn)一步包括首先對(duì)心磁信號(hào)經(jīng)過(guò)均值預(yù)處理，然后根 據(jù)心磁信號(hào)的特點(diǎn)確定運(yùn)算窗的長(zhǎng)度，利用曲線長(zhǎng)度原理，計(jì)算R波的 位置。
3、 如權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法，其特 征在于R波檢測(cè)算法中的運(yùn)算窗的長(zhǎng)度為20-50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
4、 如權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法，其特征在于R波檢測(cè)算法的曲線長(zhǎng)度原理公式為<formula>see original document page 2</formula>，<formula>see original document page 2</formula>其中前一個(gè)公式給出迭代初始值，"為 初始迭代值，后一個(gè)公式給出迭代公式U1和U1-1,分別表示前一個(gè)已經(jīng)計(jì)算出的迭代值和要計(jì)算的下一個(gè)迭代值，Y表示心磁信號(hào)幅度。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)采集處理方法，其特 征在于心磁信號(hào)數(shù)據(jù)首先被讀入到數(shù)字信號(hào)處理芯片的雙緩存，緩沖 滿后觸發(fā)傳輸中斷，在中斷處理子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的R波檢測(cè)算法。
6、 一種基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)處理系統(tǒng)，包括電源供應(yīng)模塊，AD 轉(zhuǎn)換模塊，USB接口，電壓監(jiān)控模塊和數(shù)字信號(hào)處理芯片，其特征在于 A/D轉(zhuǎn)換模塊與超導(dǎo)量子千涉儀連接，DSP芯片通過(guò)USB接口與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，使超導(dǎo)量子干涉儀探測(cè)到的心磁信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理芯片中。
7、 如權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括一監(jiān)控復(fù)位電路，該監(jiān)控復(fù)位電路與數(shù)字信號(hào)處理芯片連接， 用于系統(tǒng)電壓檢測(cè)及上電和手動(dòng)復(fù)位時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理芯片復(fù)位脈沖的產(chǎn)生，
8、 如權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字信號(hào)處理的心磁信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括一顯示存儲(chǔ)器，數(shù)字信號(hào)處理芯片與該顯示存儲(chǔ)器連接，數(shù) 字信號(hào)處理芯片處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)顯示存儲(chǔ)器顯示并存儲(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于DSP的心磁信號(hào)采集處理方法及裝置，屬于心磁信號(hào)(MCG)實(shí)時(shí)硬件處理領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換單元和DSP信號(hào)處理單元，將超導(dǎo)量子干涉儀探測(cè)到的心磁信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并傳輸?shù)紻SP處理單元，由DSP處理單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行R波檢測(cè)算法，得到準(zhǔn)確定位心磁信號(hào)的R波位置。本發(fā)明利用DSP芯片高速數(shù)字信號(hào)處理能力和處理算法可靈活修改的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)MCG硬件實(shí)時(shí)處理。
文檔編號(hào)A61B5/0456GK101167650SQ200610114000
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者何定武, 劉新元, 云 白, 謝柏青 申請(qǐng)人:北京大學(xué)