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基于FPGA携带式心电异常预警系统的设计与实现

李莹  
【摘要】:心脏疾病已经成为威胁人类健康和生命安全的主要疾病之一。而心电图(ECG)包含了大量有关心脏状态的信息,成为临床上诊断心脏疾病的重要方法。为实时监护心脏的健康情况,研发出一种高性能的携带式心电异常预警系统,对心脏病患者的自我诊断和自我监护具有重要的意义和价值。论文的主要工作如下: 针对目前心电异常预警设备携带性,实时性等需求,本文采用了FPGA为硬件开发平台,Verilog HDL硬件描述语言进行了结构化设计和编程,Modelsim软件和Debussy软件进行了仿真测试,LabVIEW软件编程搭建功能验证平台进行了对比验证。本文实现了集心电信号的滤波、心电波形显示、心率显示、异常心率预警、异常心电数据存储等功能为一体的携带式心电异常预警系统。 首先本文提出了采用数字滤波器来代替模拟滤波器对心电信号进行实时处理。在传统的心电信号预处理电路中,通常在前端加入模拟电路以滤除心电干扰信号。但模拟滤波器需要硬件来实现,且存在功耗的问题。而采用数字滤波器则能避免这些问题,可根据设计需要随时调整滤波参数。 其次将系统分为硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括心电信号预处理电路、基于FPGA的设计与实现;软件设计包括数字滤波器的设计、预警算法的实现及系统功能的联合调试。在系统总体设计的基础上细致划分和定义了各功能模块。本文完成了数字滤波器的建模,实现了心电高频干扰、50Hz工频干扰的滤除,基线漂移的矫正。本文然后对滤波效果进行了验证,并最终实现了在FPGA平台上心电信号的显示、心率显示及异常心率的预警。 最后通过Modelsim和Debussy软件对系统的各功能模块进行了仿真测试。使用MIT-BIH数据库中的心电数据对系统进行了有效性的验证。将测试后性能稳定的系统下载到FPGA上进行调试,并对其进行了设计方案及功能的验证,获得了良好的测试结果。


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