多格式、多抽样频率生理信号管理及实时回放系统

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sima1969
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人体最重要的生命指征包含五大生理参数,它们是心电、血压、呼吸、血氧饱和度和体温。各种生理参数都需要对慢性疾病患者进行随时随地地监测,此外多数慢性疾病患者具有自由活动的能力,但是有线连接是床头多生理参数监护设备采用的传统方式,使得病人只能待在医院和病床上才能被监测。在这个背景下,面向家庭、个人的多生理参数远程监护系统逐渐成为远程医疗技术领域的研究热点。在多生理参数远程监护系统的帮助下,患者可以随时随地将各种生理参数传送给远端的医生,及时得到医生的诊断或治疗。人的大脑对数字信息和模拟信息的识别能力有强有弱,对于以模拟图形方式表达的信息识别能力更强一些,因此多生理参数远程监护系统急待解决的一个关键问题就是多生理参数曲线的实时动态显示。多生理参数远程监护系统的实现提高了我国基层医疗单位的医疗水平。多格式、多抽样频率生理信号管理及实时回放系统是多生理参数远程监护仪研发中的重要部分,该系统主要是用公开发表于PhysioNET的标准数据库的文件数据作为样本信号进行读取研究和实时回放,利用Visual C++6.0开发工具建立多格式、多抽样频率生理信号管理及回放软件平台。系统首先通过VC++编程读取一个多格式、多抽样频率生理数据并在PC机上显示其波形,然后经过D/A硬件设备进行D/A转换后使用示波器输出其波形,实现输出的波形与原始的波形能同时回放。系统可作为模拟信号源,为多生理参数远程监护仪的研发奠定了基础。本论文主要完成了以下几方面的研究工作:首先介绍了本项目中所使用的多格式、多抽样频率生理信号数据库,详细说明了各个数据库中记录文件的特点及其识读方法,包括“212”多抽样频率数据格式的识读、“16”多抽样频率数据格式的识读、“80”数据格式的识读和“EDF/EDF+”数据格式的识读。具体识读过程为:首先识读原始数据的头记录,把通道数、抽样频率、抽样频率放大的倍数、采样点数、数据文件名、数据存储格式等有用的信息读入计算机内存中;然后根据读取到的文件数据存储格式等有用的信息将数据记录读取到内存中,为以后系统对原始数据的使用做好保障。其次,对管理及回放系统硬件平台及软件平台的设计进行了详细的介绍。硬件设备采用意法半导体公司开发的基于Cortex-M3内核的新型32位微控制器STM32F103RCT作为主控芯片,首先上位机应用程序通过USB2.0不断向STM32发送数据,然后使用SPI把硬件设备USB端点接收缓存接收到的数据不断发送到DAC8568的寄存器中,DAC8568在定时器的触发下完成D/A转换,最后在示波器上显示出模拟信号。软件平台的设计基于VisualC++6.0MFC框架,由数据文件管理模块、实时回放模块、数据文件设置模块、区间管理模块和属性模块5个模块构成。数据文件文件管理模块负责读取数据库记录的文件,转化生理数据的格式;实时回放模块负责把选择的信号数据发送到硬件设备中,完成数据的D/A回放,上位机利用多线程技术实时同步显示D/A转化的数据波形;数据文件设置模块负责调整波形幅度和时间宽度;区间管理模块负责选定回放区间的起点和终点,保存区间数据;属性模块负责显示文件的基本属性。1mV方波信号发生器产生的1mV信号作为一个标准,用来检验系统打开库文件后显示波形的正确性。最后介绍了在软件平台的设计中所用到的关键技术,包括MFC基础类库、MFC双缓冲绘图技术、多线程技术、应用软件程序Release发布等,这些关键技术的应用,确保了平台的稳定、高效的运行。在多格式、多抽样频率生理信号管理及回放系统平台中,各个模块的功能得到了很好的实现。该系统可作为多生理参数远程监护仪的模拟信号源,也可用于计算机仿真和算法的验证,为多生理参数远程监护仪的研发奠定了基础。
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