远程心电信号数据采集与预处理

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随着智能时代的到来,数据共享,物联网技术已经覆盖了我们生活的方方面面,远程医疗也开始兴起。尤其对于心血管疾病,其具有突发性特点,研发便携式心电监测设备对其及时进行监测已成为人们的迫切需求。本文研究改进了信号预处理方法并设计了远程心电信号数据采集系统,为远程心脏疾病诊断提供依据,对实现智慧医疗具有重要意义。
  论文首先提出了一种消除频率混叠的小波阈值去噪算法(Remove frequency domain aliasing,RFDA),该方法利用Stein无偏风险估计对阈值进行自适应估计,确定高频细节分量对应的风险值;针对小波MALLAT分解算法中由于正交镜像滤波器不具有理想截止频率特性,导致的频率混叠问题,论文采用了傅里叶变换及傅里叶逆变换的方式,以此去除高频细节分量中由于频率混叠产生的低频成分。由于减少了干扰频率,确定的阈值更加适合实际情况。最后仿真验证了该方法的有效性。
  在实际应用上通过详细分析国内外心电信号采集方式、心电信号生理特性的基础上,给出了心电采集系统的总体设计方案及结构框架。该系统为四层结构,分别为感知层、应用层、网络层和平台层;通过感知层实现可变导联心电数据采集,应用层用于用户资料和心电数据的上传、下载、播放以及预处理,网络层实现互联网的数据通信,平台层为心电数据的服务端,完成心电信号的存储,为专家会诊提供依据。
  在感知层中设计了基于ADS1293的可变导联心电信号实时采集系统,该系统分为上位机部分和下位机部分。下位机部分以STM32为核心控制不同方式导联的信号采集,外围电路包括三片生物芯片ADS1293、通信线路设计、电源电路设计、按键等。STM32与ADS1293采用SPI协议进行通信;在μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统下完成了包括ADS1293在内的各功能初始化、通过SPI协议顺序读取经三片ADS1293转换、处理的心电数据、把待处理的心电数据转变为可用心电数据、将心电数据传输到其他设备进行显示和存储。上位机部分采用扬创科技的ES80N-L工业平板电脑显示由下位机传输过来的心电数据,在PC端LINUX环境QT开发框架下设计界面,交叉编译成可执行文件再移植到平板电脑上。
  在应用层中开发了用于人机交互的心电数据客户端,提供注册、登录、上传和下载心电数据、播放、去噪等交互服务。在网络层上,因客户端和服务端网络传输心电文件时需要保证数据的可靠性,这里选用TCP传输协议进行通信。在平台层中开发用于存储个人信息、心电数据和对心电数据进行预处理的服务端,该服务端中选择并且采用了两个数据库:MySQL数据库和Redis数据库,其中MySQL数据库用于存储个人信息和心电数据,而Redis数据库作为MySQL数据库的补充解决用户重复登陆和网络长连接的问题。针对存在大量客户端网络连接引起的高并发问题,服务端采用以I/O复用epoll技术和线程池技术相结合的方式进行解决。
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