用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于SoC設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種適用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片。該芯片包括輸入FIFO、QRS波檢測(cè)模塊、心電信號(hào)壓縮模塊、處理器和外設(shè)；其中，輸入FIFO用于存儲(chǔ)位寬12bits的心電信號(hào)，QRS波檢測(cè)模塊和心電信號(hào)壓縮模塊讀取FIFO中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，處理器主要用于寄存器的配置，外設(shè)包括串口和GPIO，用于芯片和外部通訊。本發(fā)明既能用于QRS波檢測(cè)，又能用于心電信號(hào)記錄；當(dāng)用于QRS波檢測(cè)時(shí)，只需發(fā)送QRS波的位置到遠(yuǎn)端服務(wù)器；當(dāng)用于心電信號(hào)記錄時(shí)，存儲(chǔ)和發(fā)送壓縮后的心電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)壓縮大大減少了所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量和發(fā)射功耗。本發(fā)明降低了系統(tǒng)的功耗和重量，可以較好的運(yùn)用于醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于SoC設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]心臟疾病已經(jīng)成為慢性病致死的主要原因。同時(shí)，隨著人口老齡化的加劇，心臟疾病的患者急劇增加。因此，心臟疾病的預(yù)防和治療變得越來(lái)越重要。由于心臟疾病發(fā)作的突然性，長(zhǎng)期處于醫(yī)院治療沒(méi)有必要，這樣不但浪費(fèi)患者金錢(qián)，而且是對(duì)醫(yī)療資源的浪費(fèi)，在醫(yī)療資源極其緊張的中國(guó)，這個(gè)問(wèn)題顯得尤為突出。另一方面，由于心臟疾病發(fā)病快速，如果不及時(shí)就醫(yī)，后果會(huì)不堪設(shè)想，這要求采取迅速的預(yù)防和治療措施。移動(dòng)心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)成為解決這個(gè)矛盾的有效方法。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備不斷小型化，輕量化，這使得移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)成為可能。
[0003]近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)和學(xué)者投入到移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究中，主要可以分為心電信號(hào)記錄系統(tǒng)和心電 信號(hào)分析系統(tǒng)。心電信號(hào)記錄系統(tǒng)通過(guò)模擬前端完成心電信號(hào)的采集，然后把采集到的信號(hào)存儲(chǔ)到本地，或者通過(guò)無(wú)線發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器。這種系統(tǒng)一方面需要較大的片上存儲(chǔ)空間，這不利于移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)；另一方面，該系統(tǒng)消耗大量的發(fā)送功耗，移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)一般采用電池供電，頻繁的充電不能提供良好的用戶體驗(yàn)，對(duì)可植入系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，頻繁充電更無(wú)法接受，使用大容量的電池又會(huì)增加系統(tǒng)的重量，這些都不適合移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的使用。心電信號(hào)分析系統(tǒng)在本地對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取其中的有用信息。一方面，在心臟疾病發(fā)作前，他可以預(yù)警疾病的發(fā)作，提醒病人及其周?chē)娜瞬扇∮行У拇胧?；另一方面，他也可以根?jù)提取到的信息采取有效的治療方式，或者僅僅發(fā)送有效的信息到遠(yuǎn)端服務(wù)器。心電信號(hào)分析系統(tǒng)可以大大降低系統(tǒng)功耗，減輕系統(tǒng)的重量。然而，許多時(shí)候我們需要長(zhǎng)期記錄人們的心電信號(hào)，一方面我們可以用長(zhǎng)期記錄的信號(hào)用于科學(xué)研究和分析，對(duì)于某些特殊情況下的心電信號(hào)，如果能記錄下這些信號(hào)可以運(yùn)用在很多領(lǐng)域，比如睡覺(jué)時(shí)的心電信號(hào)用于預(yù)防疲勞駕駛，跑步時(shí)利用心電信號(hào)分析幫助制定合理的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。為了滿足上述要求，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)的心電信號(hào)處理SoC芯片，它既能實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)分析，又能實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)記錄，心電信號(hào)壓縮大大減少了所需記錄的數(shù)據(jù)，同時(shí)也降低了發(fā)射功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種既能實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)分析，又能實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)記錄，而且發(fā)射功耗低的適用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的心電信號(hào)處理SoC芯片。
[0005]本發(fā)明提供的適用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的心電信號(hào)處理SoC芯片，主要包括輸入FIFO, QRS波檢測(cè)模塊，心電信號(hào)壓縮模塊，處理器和外設(shè)(串口和GP10)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。輸入FIFO用于存儲(chǔ)位寬為12bits的心電信號(hào)，QRS波檢測(cè)模塊和心電信號(hào)壓縮模塊讀取FIFO中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，處理器主要用于寄存器的配置，外設(shè)用于芯片和外部通訊。芯片可以工作在心電信號(hào)壓縮和QRS波檢測(cè)兩種模式。
[0006]所述的輸入FIFO用于存儲(chǔ)輸入心電信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。該FIFO采用異步結(jié)構(gòu)，寫(xiě)時(shí)鐘為心電信號(hào)采樣時(shí)鐘，讀時(shí)鐘為芯片工作時(shí)鐘；該FIFO沒(méi)有空滿信號(hào)標(biāo)志，寫(xiě)操作直接寫(xiě)入數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)即開(kāi)始讀操作；該FIFO可以多次讀取已經(jīng)被讀過(guò)的數(shù)據(jù)；該FIFO位寬為12 bits,深度為16。
[0007]所述的QRS波檢測(cè)模塊用于心電信號(hào)QRS波峰檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)游程編碼壓縮后輸出，最大游程為512。
[0008]所述的心電信號(hào)壓縮模塊用于壓縮心電信號(hào)，并存儲(chǔ)和發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)，它包括小波變換與游程編碼兩個(gè)子模塊。壓縮以數(shù)據(jù)塊為單位，本發(fā)明支持的壓縮塊大小最大為1024。其具體為:
(O小波變換子模塊采用雙通道并行計(jì)算的方式，每個(gè)通道采用迭代方式，。
[0009](2)小波變換的級(jí)數(shù)可配置，級(jí)數(shù)最大為10，濾波器系數(shù)可配置，最大支持16階高通濾波器和低通濾波器。小波變換系數(shù)為16bits的定點(diǎn)數(shù)表示，最低小數(shù)位的位置可配置。
[0010](3)游程編碼子模塊由狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，它把元素O映射為0，正元素I映射為10，負(fù)元素I映射為110，對(duì)元素O進(jìn)行游程編碼，最大游程為512，正元素I和負(fù)元素I保持不變，塊編碼結(jié)束標(biāo)志位1110。使用的輸出FIFO為16bits。
[0011]所述的處理器 用于配置寄存器，外設(shè)用于芯片和外部通訊，其中可配置寄存器包括:
(l)tapCoef (32個(gè)寄存器，每個(gè)為16 bits):前16個(gè)為高通濾波器系數(shù)，后16個(gè)低通濾波器系數(shù)。
[0012](2) fOrder (5 bits):小波濾波器階數(shù)。
[0013](3)fType (2 bits):芯片的工作模式，2’ bll (QRS波檢測(cè)模式)，2’blO (心電信
號(hào)壓縮模式)。
[0014](4) wtLevel (4 bits):小波變換的級(jí)數(shù)。
[0015](5) compMinLev (4 bits):壓縮時(shí)最低有效位的位置。
[0016](6) blockSizeBit (4 bits):壓縮塊大小。
[0017](7) gEnable (I bits):心電信號(hào)處理相關(guān)模塊全局使能信號(hào)。
[0018]本發(fā)明既能用于QRS波檢測(cè)，又能用于心電信號(hào)記錄。當(dāng)用于QRS波檢測(cè)時(shí)，只需發(fā)送QRS波的位置到遠(yuǎn)端服務(wù)器；當(dāng)用于心電信號(hào)記錄時(shí)，存儲(chǔ)和發(fā)送壓縮后的心電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)壓縮大大減少了所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量和發(fā)射功耗。本發(fā)明降低了系統(tǒng)的功耗和重量，可以較好的運(yùn)用于醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1芯片運(yùn)行軟件流程圖。
[0020]圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0021]圖3 FIFO 結(jié)構(gòu)。
[0022]圖4壓縮模塊結(jié)構(gòu)。
[0023]圖5小波變換結(jié)構(gòu)圖。[0024]圖6游程編碼。
【具體實(shí)施方式】
[0025]芯片上電后，處理器啟動(dòng)bootload代碼，bootload的功能如圖1所示，主要完成串口初始化，通過(guò)串口把代碼送入到處理器中，串口的波特率可以有GPIO的值選擇。當(dāng)串口接收到全部程序時(shí)，處理器跳出bootload到main函數(shù)入口，完成所有相關(guān)寄存器的配置。寄存器配置完成后，把系統(tǒng)的時(shí)能信號(hào)拉高，心電信號(hào)相關(guān)模塊開(kāi)始工作?？膳渲眉拇嫫饕?jiàn)表1。
[0026]表1可配置寄存器
【權(quán)利要求】
1.一種用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片，其特征在于主要包括輸入FIFO, QRS波檢測(cè)模塊，心電信號(hào)壓縮模塊，處理器和外設(shè)；其中，輸入FIFO用于存儲(chǔ)位寬為12bits的心電信號(hào)，QRS波檢測(cè)模塊和心電信號(hào)壓縮模塊讀取FIFO中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，處理器主要用于寄存器的配置，外設(shè)包括串口和GP10，用于芯片和外部通訊； 芯片可以工作在心電信號(hào)壓縮和QRS波檢測(cè)兩種模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片，其特征在于所述輸入FIFO用于存儲(chǔ)輸入心電信號(hào)，該FIFO采用異步結(jié)構(gòu)，寫(xiě)時(shí)鐘為心電信號(hào)采樣時(shí)鐘，讀時(shí)鐘為芯片工作時(shí)鐘；該FIFO沒(méi)有空滿信號(hào)標(biāo)志，寫(xiě)操作直接寫(xiě)入數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)即開(kāi)始讀操作；該FIFO可以多次讀取已經(jīng)被讀過(guò)的數(shù)據(jù)；該FIFO位寬為12 bits，深度為16。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片，其特征在于所述的QRS波檢測(cè)模塊用于心電信號(hào)QRS波峰檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)游程編碼壓縮后輸出，最大游程為512。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片，其特征在于所述的心電信號(hào)壓縮模塊用于壓縮心電信號(hào)，并存儲(chǔ)和發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)，它包括小波變換與游程編碼兩個(gè)子模塊；壓縮以數(shù)據(jù)塊為單位，支持的壓縮塊大小最大為1024 ;其中: (O小波變換子模塊采用雙通道并行計(jì)算的方式，每個(gè)通道采用迭代方式； (2)小波變換的級(jí)數(shù)可配置，級(jí)數(shù)最大為10，濾波器系數(shù)可配置，最大支持16階高通濾波器和低通濾波器；小波變換系數(shù)為16bits的定點(diǎn)數(shù)表示，最低小數(shù)位的位置可配置； (3)游程編碼子模塊 由狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，它把元素O映射為0，正元素I映射為10，負(fù)元素I映射為110，對(duì)元素O進(jìn)行游程編碼，最大游程為512，正元素I和負(fù)元素I保持不變，塊編碼結(jié)束標(biāo)志位1110 ;使用的輸出FIFO為16bits。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能心電信號(hào)處理SoC芯片，其特征在于所述的處理器模塊用于配置寄存器，具體如下: (DtapCoef，32個(gè)寄存器，每個(gè)為16 bits:前16個(gè)為高通濾波器系數(shù)，后16個(gè)低通濾波器系數(shù)； (2)fOrder, 5 bits:小波濾波器階數(shù)； (3)fType,2bits:芯片的工作模式，2’bll為QRS波檢測(cè)模式，2’blO為心電信號(hào)壓縮模式； (4)wtLevel,4 bits:小波變換的級(jí)數(shù)； (5)compMinLev,4 bits:壓縮時(shí)最低有效位的位置； (6)blockSizeBit,4 bits:壓縮塊大小； (7)gEnable, I bits:心電信號(hào)處理相關(guān)模塊全局使能信號(hào)。
【文檔編號(hào)】A61B5/0402GK104000579SQ201410257113
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】曾曉洋, 鄒垚, 韓軍, 房達(dá)斌 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)