基于盲分离的胎儿心电信号提取系统设计

发布时间：2017-06-14 21:13

  本文关键词：基于盲分离的胎儿心电信号提取系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展,人们对胎儿的监护手段越来越重视。胎儿心电信号作为最能反映胎儿心脏活动全貌的一种生理信号,自然成为了胎儿监护领域研究的重点。然而获取可用的胎儿心电信号却并不容易。目前胎心电研究领域主要面临两个难点：其一,胎儿心电信号采集困难,胎儿心电信号是一种非常微弱的生物电信号,从母亲体表采集胎儿心电信号时总会有许多干扰信号,比如母亲心电信号干扰、工频干扰、肌电信号干扰、基线漂移等；其二,胎儿心电信号提取困难,胎儿心电信号幅值小,往往湮没在母亲心电信号中,要从母亲心电信号中选出胎儿心电信号是目前胎心电研究领域的一大难题。针对以上两个难点本文设计了一套从心电采集到提取出胎儿心电信号的系统。本文针对胎儿心电信号采集困难的问题,专门设计了嵌入式硬件电路来采集胎儿心电信号；同时,针对胎儿心电信号提取困难的问题,本文采用了近年很热门的盲分离算法来提取胎儿心电信号。本文主要工作如下：(1)设计了一套用于从母亲体表采集胎儿心电信号的嵌入式系统。该嵌入式系统采用STM32F103系列的ARM处理芯片,该处理器功能强大,1O口多达64个,处理速度快、功耗低；A/D转换选用专业的生物电处理芯片ADS1294,该芯片转换效率高。在设计电路时本文加入了一些滤波电路,以滤除心电信号中的部分噪声信号,比如,工频干扰信号、基线漂移等。在数据传输方面,充分利用处理器的UART口以及SPI口来传输。在嵌入式系统与PC机通信方面我们使用了一个蓝牙模块,这种短距离无线传输的方式让我们不用再跟孕妇面对面的采集数据了(2)在MFC框架下实现了一种基于斜投影的胎儿心电盲分离算法。通过实现该算法,可以从母亲腹部的混合信号中提取出干净的胎儿心电信号。由于上述算法需要事先已知母亲心电信号以及胎儿心电信号的QRS波群的位置信息,因此为实现该算法,本文分别实现了一种定位成人心电信号QRS波群位置以及定位胎儿心电信号QRS波群的算法。(3)设计了一个人机交互界面。通过该界面可以控制嵌入式心电信号采集系统运行,同时增加了可视性,我们可以通过该界面看到采集到的心电信号的实时数据以及分离后的胎儿心电信号数据。
【关键词】：胎心电 信号采集 盲分离 嵌入式
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 胎儿心电信号的采集方法16
• 1.2.2 胎儿心电信号提取技术16-18
• 1.3 本文的研究内容及各章节安排18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 相关背景知识20-28
• 2.1 心电图20-23
• 2.1.1 心电图原理20-21
• 2.1.2 心电图波形特征21-22
• 2.1.3 胎儿心电图的临床应用22-23
• 2.2 胎儿心电信号采集23-24
• 2.3 胎儿心电信号的特点24-27
• 2.3.1 胎儿心电信号的时频域特点24-26
• 2.3.2 胎儿心电信号的噪声特点26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 心电生理信号的相关处理技术28-38
• 3.1 背景噪声处理技术28-30
• 3.1.1 过滤工频干扰28-29
• 3.1.2 基线漂移抑制29-30
• 3.1.3 去除心电信号噪声30
• 3.2 心电信号QRS波群检测技术30-33
• 3.2.1 成人心电信号QRS波群检测31-32
• 3.2.2 胎儿心电信号QRS波群检测32-33
• 3.3 胎儿心电信号分离技术33-37
• 3.3.1 自适应滤波法33-34
• 3.3.2 奇异值分解法34-36
• 3.3.3 模板匹配法36
• 3.3.4 盲源信号分离法36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 胎心电信号采集系统硬件设计38-58
• 4.1 信号预处理模块39-44
• 4.1.1 电缆屏蔽电路39-40
• 4.1.2 低通滤波及过压保护电路40
• 4.1.3 工频陷波电路40-44
• 4.2 模数转换模块44-49
• 4.2.1 ADS1294简介44-47
• 4.2.2 电源电路47-49
• 4.3 信号采集系统控制模块49-52
• 4.3.1 JTAG接口电路49-50
• 4.3.2 SPI电路50-51
• 4.3.3 电源电路51
• 4.3.4 芯片IO分配51-52
• 4.4 数据传输模块52-54
• 4.4.1 蓝牙简介53
• 4.4.2 蓝牙配置53-54
• 4.5 系统电源模块54-55
• 4.6 本章小结55-58
• 第五章 胎儿心电采集系统软件设计58-76
• 5.1 嵌入式底层驱动程序设计58-64
• 5.1.1 主程序设计58-60
• 5.1.2 串口中断服务程序60-61
• 5.1.3 ADS1294初始化程序61
• 5.1.4 SPI初始化程序61-62
• 5.1.5 外部中断服务程序62-63
• 5.1.6 看门狗程序63-64
• 5.2 PC上位机程序设计64-73
• 5.2.1 噪声信号处理65-68
• 5.2.2 胎儿心电信号提取68-70
• 5.2.3 界面显示程序70-73
• 5.3 系统测试结果73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 总结以及展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间的科研成果82-85
• 致谢85

【参考文献】

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本文编号：450575