一种心电信号预处理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种心电信号预处理系统，该心电信号预处理系统包括：信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG通信电路，以及电源电路；其中，所述FPGA电路包括：FIR低通滤波器，用于处理肌电干扰；自适应陷波滤波器，与所述FIR低通滤波器信号连接并用于处理工频信号干扰；自适应高通滤波器，与所述自适应陷波滤波器信号连接并用于处理基线漂移噪声的影响。本发明专利技术的有益效果是：依据心电信号中存在的肌电干扰、工频干扰、基线漂移等噪声特点，提出了采用FIR低通滤波器抑制了肌电噪声干扰，采用自适应陷波器消除工频干扰，并采用自适应高通滤波器消除基线漂移，有效地提高了心电信号采集的准确性。

ECG signal preprocessing system

The present invention provides an ECG signal pretreatment system, including the ECG signal pretreatment system: signal amplification acquisition circuit, AD sampling circuit, FPGA circuit, JTAG communication circuit and power supply circuit; wherein the FPGA circuit includes a FIR low-pass filter for processing EMG interference; adaptive notch filter with the FIR low pass filter for signal connection and processing power frequency signal interference; adaptive high pass filter, and the adaptive notch filter for signal connection and influence the baseline wander. The beneficial effect of the invention is: according to the characteristics of noise in ECG signals are EMG interference, frequency interference, baseline drift, the proposed filter to suppress noise interference by EMG FIR low-pass, adaptive to eliminate power interference notch filter, and the adaptive high pass filter to remove baseline drift, effectively improve the accuracy of ECG signal acquisition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到心电检测的
，尤其涉及到一种心电信号预处理系统。
技术介绍
心血管类疾病已经成为较常见的一类疾病，严重危害着人们的身体健康，从当前医学水平来看，心电信号检测已开始逐渐成为预防、诊断以及治疗心血管类疾病的重要技术手段。在临床运用上，心电图的操作方式也十分方便、简易，对人体是没有任何的创伤性，同时具有随时诊断、及时跟踪病情的优点。对于医生来说，要想进一步了解患者的心脏状况，以及对患者心脏上出现的病症进行诊疗，这都离不开心电信号的检测与分析。然而，外界环境对心电信号的影响很大，心电信号表现出非平稳、非线性的的一种微弱信号，一般来说，它的幅度基本是mV级，频带范围处于0.07～100Hz这个区间之中。由于工频干扰、基线漂移、肌电干扰等一系列因素的存在，往往会对心电信号造成严重的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种心电信号预处理系统。本专利技术提供了一种心电信号预处理系统，该心电信号预处理系统包括：信号放大采集电路、与所述信号放大采集电路连接的AD采样电路、与所述AD采样电路连接的FPGA电路、与所述FPGA电路连接的JTAG通信电路，以及给所述信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG 通信电路供电的电源电路；其中，所述FPGA电路包括：FIR低通滤波器，用于处理肌电干扰；自适应陷波滤波器，与所述FIR低通滤波器信号连接并用于处理工频信号干扰；自适应高通滤波器，与所述自适应陷波滤波器信号连接并用于处理基线漂移噪声的影响。本专利技术的有益效果是：依据心电信号中存在的肌电干扰、工频干扰、基线漂移等噪声特点，提出了采用FIR低通滤波器抑制了肌电噪声干扰，采用自适应陷波器消除工频干扰，并采用自适应高通滤波器消除基线漂移，有效地提高了心电信号采集的准确性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的心电信号预处理系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的FPGA电路的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的FIR滤波器结构模型图；图4是本专利技术实施例提供的FIR滤波器在N为奇数h(n)为偶对称的线性结构图；图5是本专利技术实施例提供的FIR滤波器在N为偶数h(n)为偶对称的线性结构图；图6是本专利技术实施例提供的并行DA结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的串行DA结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的改进型DA结构示意图；图9是本专利技术本实施例提供的自适应陷波器结构图；图10是本专利技术本实施例提供的自适应陷波器实现架构图；图11是CORDIC算法示意图；图12是ORDIC算法每一级迭代内部实现图；图13是自适应高通滤波器的结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1及图2，本专利技术实施例提供了一种心电信号预处理系统，该心电信号预处理系统包括：信号放大采集电路、与所述信号放大采集电路连接的AD采样电路、与所述AD采样电路连接的FPGA电路、与所述FPGA电路连接的JTAG通信电路，以及给所述信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG通信电路供电的电源电路；其中，所述FPGA电路包括：FIR低通滤波器，用于处理肌电干扰；自适应陷波滤波器，与所述FIR低通滤波器信号连接并用于处理工频信号干扰；自适应高通滤波器，与所述自适应陷波滤波器信号连接并用于处理基线漂移噪声的影响。在上述实施例中，依据心电信号中存在的肌电干扰、工频干扰、基线漂移等噪声特点，提出了采用FIR低通滤波器抑制了肌电噪声干扰，采用自适应陷波器消除工频干扰，并采用自适应高通滤波器消除基线漂移，有效地提高了心电信号采集的准确性。为了方便理解本实施例提供的心电信号预处理系统，下面结合附图以及具体的实施例对其进行详细的说明。如图1所示，心电信号预处理系统主要由信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG通信电路和电源电路组成。其中，它的核心电路为FPGA芯片电路设计，因为其控制着高速AD采样、心电信号的预处理、FIFO的读写以及通过JTAG与上位机软件之间的通信控制。基于FPGA的心电信号预处理过程如图2所示，它包括控制AD7606的信号采集模块，用于心电信号预处理的算法模块，与上位机通信的数据缓存模块。其中，心电信号预处理系统中的关键部分是：设计处理肌电干扰的FIR低通滤波器、设计处理工频信号干扰的自适应陷波滤波器，设计处理基线漂移噪声的自适应高通滤波器。下面依次介绍本实施例提供心电信号预处理系统的各个部分。首先信号放大采集电路本系统中采用了AD8232心电采集放大芯片，以此作为心电信号的采集核心模块。该芯片能够采集mV级的心电信号，并且把信号放大到正负3.3V左右，以便于AD芯片采集。选用心电信号前置采集放大芯片的时候，需要综合考虑转换速度、分辨率、功耗以及增益带宽等参数性能。一般情况下，要求压摆率不小于10V/us，高分辨率和低功耗的运放。根据以上的要求，本系统中选用AD8232这款运算放大器，来进行心电信号的放大处理。具体来说，AD8232具有低成本、低功耗以及出众的交流和直流性能；共模抑制最低为78dB，输出电压摆幅为±3V(负载低至150Ω)；低电源电流：5.3mA，高压摆率：300V/μs。因此，它完全满足了信号放大调整的要求。A/D转换电路，AD7606是一种最高采样速度为200kSPS，采样精度为16位的有符号的模数转换器。其芯片中内置一个高性能采样保持放大器(SHA)和基准电压源。AD7606采用多级差分流水线架构，并且内置输出纠错逻辑，能够保证在整个工作温度范围内无失码。AD7606转换电路，AD7606的两个CONVST(CONVST A，CONVST B)引脚连接时，可以同时进行8通道采样，或者每个CONVST对相应通道启动同步采样(CONVSTA用来对V1到V4启动同步采样，CONVST B用来对V5到V8启动同步采样)。在内部基准电压选择2.5V时，模拟输入电压范围为达到±10V。系统上电初始化后，CONVST的上升沿启动AD转换，同时BUSY信号变高，表示转换正在进行，当采用内部基准时钟时，转换时间为4us，当BUSY信号变为低电平时，表示转换完成，即可开始读取操作。在BUSY下降沿时，采样保持放大器返回跟踪模式，此时拉低片选信号在每个读使能信号的低电平期间可以将每个通道的16位转换结果依次从输出寄存器中读出，两次读取之间的最短间隔为6ns。为了验证A/D控制器的正确性，将设计的控制器IP代码下载到FPGA(EP4CE6F17C8)测试平台中，并且利用QUARTUS自带的逻辑分析仪对其时序信号进行波形检测。当片选信号ad_cs拉低后，ad_cs的8个读使能信号处于低电平期间，此时FPGA将8个通道的16位转换结果依次从AD芯片的输出寄存器中读出。要使FPGA芯片实现正常的信号处理功能，就离不开外围接口电路。这些外围接口电路包括：晶振电路，复位电路，下载程序用的JTAG电路等。心电信号是一种微弱的小信号，其强度一般在0.05mV-5mV之间。在 采集心电信号的过程中一般会受到强噪声的干扰。肌电干扰是心电采集过程中一种随机的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种心电信号预处理系统，其特征在于，包括：信号放大采集电路、与所述信号放大采集电路连接的AD采样电路、与所述AD采样电路连接的FPGA电路、与所述FPGA电路连接的JTAG通信电路，以及给所述信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG通信电路供电的电源电路；其中，所述FPGA电路包括：FIR低通滤波器，用于处理肌电干扰；自适应陷波滤波器，与所述FIR低通滤波器信号连接并用于处理工频信号干扰；自适应高通滤波器，与所述自适应陷波滤波器信号连接并用于处理基线漂移噪声的影响。

【技术特征摘要】
1.一种心电信号预处理系统，其特征在于，包括：信号放大采集电路、与所述信号放大采集电路连接的AD采样电路、与所述AD采样电路连接的FPGA电路、与所述FPGA电路连接的JTAG通信电路，以及给所述信号放大采集电路、AD采样电路、FPGA电路、JTAG通信电路供电的电源电路；其中，所述FPGA电路包括：FIR低通滤波器，用于处理肌电干扰；自适应陷波滤波器，与所述FIR低通滤波器信号连接并用于处理工频信号干扰；自适应高通滤波器，与所述自适应陷波滤波器信号连接并用于处理基线漂移噪声的影响。2.根据权利要求1所述的心电信号预处理系统，其特征在于，所述信号放大采集电路为AD8232心电采集放大芯片。3.根据权利要求2所述的心电信号预处理系统，其特征在于，所述FIR低通滤波器为对N个采样数据执行加权平均和的处理的滤波器，其处理过程依据下列公式： y ( n ) = x ( n ) * h ( n ) = Σ k = 0 N - 1 x ( k ) h ( n - k ) = Σ k = 0 N - 1 h ( k ) x ( n - k ) ]]>其中N表示FIR滤波器的抽头个数，其中x(k)表示第k个输入的采样的数据，y(n)表示输出的滤波数据。4.根据权利要求3所述的心电信号预处理系统，其特征在于，在当h(n)为偶对称，N为奇数时，所述FIR低通滤波器处理过程依据下列公式： y ( n ) = Σ k = 0 N - 1 x ( k ) h ( n - k ) = Σ k = 0 N - 1 h ( k ) x ( n - k ) ]]> = Σ k = 0 N - 1 2 - 1 h ( n ) [ x ( n - k ) + x ( n - N + k ) ] + h ( N - 1 2 ) x ( n - N - 1 2 )...

【专利技术属性】
技术研发人员：江伟，杨柳青，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36