基于FPGA的人工心脏瓣膜心音信号监测仪的研究与设计

发布时间：2021-03-02 10:22

　　心脏瓣膜病是一种常见的心脏疾病。在临床上，通常通过使用人工心脏瓣膜对病变的心脏瓣膜组织进行替换，从而使其恢复心脏功能。但是在我国，由于经济等约束条件影响，术后随访和护理没有相应得到展开，从而间接导致患者死亡。因此，为了对病人的心脏瓣膜进行监测，早期发现人工心脏瓣膜的病变。本文以心脏瓣膜病人的心音信号作为研究对象，利用现代电子技术和数字信号处理方法，设计出一套针对心脏瓣膜病人的心音监测系统。本文首先对人造心脏瓣膜病人的心音信号进行研究，由于心音信号为非平稳非线性的随机信号，以往的处理手段具体一定的局限性，文中使用希尔伯特-黄变换方法对心音信号进行分析，进而对信号进行频谱分析，计算出心音信号的短时平均能量。使用Matlab对各项特征进行了仿真提取。本文监测系统的核心在于FPGA处理系统，直接对信号的处理起着关键作用。本论文使用了SOPC技术，对系统进行设计。文中阐述了系统整体的软硬件设计。硬件部分包括了心音信号传感器、预处理电路、FPGA核心电路以及显示输出电路部分。心音信号在采集后的电压信号经预处理，由AD芯片进行处理，得到数字信号由FPGA内部进行处理，最终将处理结果直接显示在显示屏上... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 人造心脏瓣膜心音监测的现状与发展趋势
        1.2.1 人造心脏瓣膜医学检测现状
        1.2.2 心音监测国内外研究现状及分析
    1.3 FPGA 发展现状
    1.4 本文研究的主要内容
    1.5 本文结构安排
第二章 人工心脏瓣膜心音监测的分析方法
    2.1 人工心脏瓣膜心音信号的HHT 变换处理
    2.2 人工心脏瓣膜心音信号的短时平均能量
    2.3 人工心脏瓣膜心音信号的频谱分析
    2.4 本章小结
第三章 人工心脏瓣膜心音监测系统硬件设计
    3.1 人工心脏瓣膜心音检测系统硬件设计方案
    3.2 监测系统开发流程
    3.3 FPGA 模块设计
        3.3.1 电源电路
        3.3.2 外部存储电路
        3.3.3 复位电路
        3.3.4 晶振电路
        3.3.5 配置电路
    3.4 FPGA 外围硬件电路
        3.4.1 按键输入和蜂鸣器电路
        3.4.2 液晶显示电路
        3.4.3 串行接口电路
    3.5 信号预处理电路
        3.5.1 传感器
        3.5.2 负电压生成电路
        3.5.3 电压偏移电路
        3.5.4 滤波电路
    3.6 A/D 转换电路
    3.7 SOPC 系统硬件设计
        3.7.1 SOPC 系统
        3.7.2 IP 核
        3.7.3 NiosⅡ软核处理器
        3.7.4 心音监测系统的SOPC 硬件设计
    3.8 本章小结
第四章 人工心脏瓣膜心音监测系统软件设计
    4.1 SOPC 系统软件原理图设计
        4.1.1 PLL 模块
        4.1.2 AD 采样频率模块
        4.1.3 FIFO 模块
        4.1.4 测频模块
    4.2 FPGA 硬件系统集成与下载
    4.3 心音监测系统的SOPC 软件设计
        4.3.1 液晶驱动模块
        4.3.2 字符显示模块
        4.3.3 界面初始化模块
        4.3.4 频率计算模块
        4.3.5 FIFO 控制模块
        4.3.6 FFT 模块
        4.3.7 短时平均能量计算模块
        4.3.8 EMD 分解模块
        4.3.9 图形显示模块
    4.4 本章小结
第五章 系统仿真与调试
    5.1 部分模块仿真
    5.2 下载与调试
    5.3 测试结果分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于奇异谱分析的心音信号小波包去噪算法研究[J]. 卢德林,郭兴明.  振动与冲击. 2013(18)
[2]基于nRF24L01的无线心音遥测系统研究与实现[J]. 李才光,裴正宪,蒋洪波.  计算机科学. 2013(08)
[3]基于LabView的爆破振动信号HHT分析[J]. 关晓磊,颜景龙,张洪才.  工程爆破. 2012(04)
[4]基于MM-EMD的改进HHT及应用[J]. 梁升,王新晴,王东,夏天,钱淑华.  振动与冲击. 2012(20)
[5]人造机械瓣心音的分析研究[J]. 张地,姚尖平,杜明辉,杨嵩.  中国生物医学工程学报. 2011(05)
[6]STM32驱动ILI9325显示字符串的方法[J]. 李雪伟,张立勋,唐小景.  煤矿机械. 2011(10)
[7]便携式心音采集与处理系统的设计[J]. 侯海良,罗良才,成运,陈洁.  中国医学物理学杂志. 2011(05)
[8]心音中医学指标的提取[J]. 郭兴明,林辉杰,肖守中.  计算机工程与应用. 2011(03)
[9]彩色多普勒超声心动图在原发性肺动脉高压诊断中的应用[J]. 苑宁.  中国现代药物应用. 2010(22)
[10]基于数据融合的三段式心音身份识别技术[J]. 成谢锋,马勇,张少白,张瑛,郭宇锋.  仪器仪表学报. 2010(08)

硕士论文
[1]基于小波变换的电网谐波检测与分析[D]. 陈敏.西南交通大学 2011
[2]反熔丝FPGA设计技术研究[D]. 石雅先.电子科技大学 2011
[3]基于小波变换的信号去噪研究[D]. 韦力强.湖南大学 2007
[4]基于DSP的心音信号处理[D]. 刘倩.重庆大学 2006



本文编号：3059097