CN103431860A - 基于dsp和arm双核处理器的新生儿脑功能监护仪 - Google Patents

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Abstract

一种基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪，其包括：脑电信号采集电极；连接于脑电信号采集电极的信号放大单元；连接于信号放大单元的信号采集单元；连接于信号采集单元的信号处理单元；以及连接于信号处理单元的显示单元；所述信号处理单元的处理器为具有DSP处理器和ARM处理器的双核处理器，DSP处理器用于执行脑电分析算法对采集到的脑电数据处理，ARM处理器用于控制整个监护仪的运行、数据交互和管理外设。本发明新生儿脑功能监护仪能够实时地监测脑电波形。且其体积小，可设置于病床上或病床附近对病人进行长期实时监测。

Description

基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪
技术领域
    本发明涉及一种基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪，属于医疗器械领域。
背景技术
我国近五年人口出生率在12‰左右，新生儿中早产发病率约为3.67%。由于新生儿早产和出生窒息等因素的影响，脑积水、神经管缺陷、缺氧缺血性脑病等新生儿脑功能缺陷相关疾病发病率较高，已经成为新生儿出生缺陷的常见病。新生儿脑病致病原因复杂，危害严重，治疗难度大。临床经验表明，对新生儿脑功能的早期诊断和筛查有助于新生儿脑病的治疗，有助于提升疾病治疗效果。
新生儿脑电波具有客观，准确，能早期诊断的特点，对新生儿脑电波的采集处理分析有助于病情的诊断。在诸多诊断方法中，新生儿脑电诊断方法具有无损、客观准确等特点，是重要的新生儿脑功能诊断手段。
发明内容
    本发明的目的是提供一种基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪，包括：
脑电信号采集电极；
连接于脑电信号采集电极的信号放大单元；
连接于信号放大单元的信号采集单元； 
连接于信号采集单元的信号处理单元；以及
连接于信号处理单元的显示单元；
其中，所述信号处理单元的处理器为具有DSP处理器和ARM处理器的双核处理器，DSP处理器用于执行脑电分析算法对采集到的脑电数据处理，ARM处理器用于控制整个监护仪的运行、数据交互和管理外设。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，双核处理器的数据处理过程包括：
将要运行的脑电分析算法编译生成.lib文件挂载到DSP处理器；
为ARM处理器和DSP处理器分配公共存储空间；
ARM处理器将脑电数据放到公共存储空间并调用DSP处理器进行处理；以及
DSP处理器将处理后的数据返回ARM处理器。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，内置的脑电分析算法包括振幅整合脑电分析算法和样本熵脑电分析算法。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，该新生儿脑功能监护仪的用户界面平台包括：
用于标注脑电波形特征信息的数据标注系统；以及
用于存储和查询标注信息的标注信息数据库。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，所述数据标注系统的标注过程包括：
获取脑电波形数据；
显示脑电波形；
在波形上标注特征信息；以及
将标注后的数据存储到标注信息数据库。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，该新生儿脑功能监护仪的用户界面平台还包括：
用于存储和查询病人基本信息的病人信息数据库；和/或
用于显示脑电波形的波形显示系统。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，所述用户界面平台基于Linux系统下的QT软件设计开发，所述病人信息数据库和标注信息数据库基于QT软件下的QSql搭建，所述波形显示系统基于QGraphicsView、QGraphicsScence和QGraphicsItem框架搭建。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，该新生儿脑功能监护仪还包括阻抗检测单元，其分别与脑电信号采集电极和信号采集单元连接，用于获取反映头皮与电极接触状况的阻抗信号并传递给信号采集单元。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，所述信号采集单元包括A/D转换器和单片机，所述A/D转换器为双通道转换器，该A/D转换器的一个通道与阻抗检测单元连接，另一个通道与信号放大单元连接，所述单片机通过SPI接口对A/D转换器进行控制，通过串口将采集到的数据传给信号处理单元的数据存储器。
在上述的新生儿脑功能监护仪中，优选地，所述信号放大单元由输入缓冲单元、差分放大单元、滤波单元、主放大单元和光电隔离单元顺次连接组成。
    本发明新生儿脑功能监护仪基于DSP和ARM双核处理器实现，能够实时地监测脑电波形。此外，该监护仪体积小，可设置于病床上或病床附近对病人进行长期实时监测。
附图说明
图1为较佳实施例新生儿脑功能监护仪的系统框架图；
图2为其用户界面平台的示意图；
图3为其系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本新生儿脑功能监护仪包括：脑电信号采集电极1，连接于脑电信号采集电极1的信号放大单元2，连接于信号放大单元2的信号采集单元3，连接于信号采集单元3的信号处理单元4，以及连接于信号处理单元4的显示单元5，信号处理单元4包括处理器41和数据存储器42。使用时，新生儿脑电信号通过脑电信号采集电极1传递到信号放大单元2，经放大后再传递到信号采集单元3，信号采集单元3采集脑电数据并传递到数据存储器42，处理器41执行脑电分析算法对采集的脑电数据处理后一方面保存到数据存储器42，另一方面传递到显示单元5实时显示。
其中，处理器41为具有DSP处理器和ARM处理器的双核处理器，DSP处理器用于执行脑电分析算法对采集到的脑电数据处理，ARM处理器用于控制整个监护仪的运行、数据交互和管理外设。数据处理中，双核处理器的数据处理过程包括：将要运行的脑电分析算法经DSP的开发系统编译生成.lib文件挂载到DSP处理器；为ARM处理器和DSP处理器分配公共存储空间，可以采用C6run-malloc工具实现分配，但不限于此；ARM处理器将脑电数据放到公共存储空间并调用DSP处理器进行处理；最后DSP处理器将处理后的数据返回ARM处理器。一种较佳实施例中，处理器41采用TI的OMAPL138，OMAPL138处理器为达芬奇架构的DSP&ARM双核处理器。
一种较佳实施例中，采用振幅整合脑电图(aEEG)和样本熵(SampEn)两种脑电分析算法进行量化评估。aEEG是一种线性脑电分析方法，是常规脑电图的简化形式，反映了脑电的幅度特征和大脑活动的整体水平，是目前国内外新生儿脑功能检测仪常用评估方法。SampEn是一种非线性脑电分析方法，反映了脑电数据序列的不规则性和复杂度。关于aEEG和SampEn算法本身，均为现有技术，不属于本发明的范畴，这里不再赘述。
一种较佳实施例中，还包括阻抗检测单元6，该阻抗检测单元6分别与脑电信号采集电极1和信号采集单元3连接，用于获取反映头皮与电极接触状况的阻抗信号并传递给信号采集单元3。当电极1与头皮接触不良时，阻抗信号被信号采集单元3采集到，双核处理器的ARM处理器会执行脑电数据采集终止指令，提示重新安放电极。
一种更佳的实施例中，信号采集单元3包括双通道A/D转换器31和单片机32，该A/D转换器31的一个通道与阻抗检测单元6连接，另一个通道与信号放大单元2连接，所述单片机32通过SPI接口对A/D转换器31进行控制，并定时采集经A/D转换器31转换后的数据，通过串口将采集到的数据传给信号处理单元4的数据存储器42。双通道A/D转换器31优先选用双通道双极性16位A/D转换器。
信号放大单元2由输入缓冲单元、差分放大单元、滤波单元、主放大单元和光电隔离单元顺次连接组成。
显示单元5的显示屏采用LCD液晶显示屏，800*480。利用定时器定时更新显示屏上显示的脑电数据，更新的时间间隔与处理器41处理脑电数据的时间间隔相一致。显示单元5还配置了触摸屏功能，以便于通过用户界面平台进行信息录入和各种功能操作。此外还搭建了认证功能、软键盘功能。
开发环境搭建方面，配置了Linux系统的Ubuntu开发版本。为了实现双核处理器的算法交互，安装了DVSDK软件包实现双核通信和数据处理。用户界面的开发和搭建，以及算法编写、串口驱动程序均基于Linux系统下的QT软件编写。
图2示出了一种较佳实施例新生儿脑功能监护仪的用户界面平台。如图2所示，该新生儿脑功能监护仪的用户界面平台包括：用于标注脑电波形特征信息的数据标注系统203；用于存储和查询标注信息的标注信息数据库204；用于存储和查询病人基本信息的病人信息数据库201；用于显示脑电波形的波形显示系统202。
该用户界面平台基于Linux系统下的QT软件设计开发，其中，病人信息数据库201和标注信息数据库204基于QT软件下的QSql搭建，波形显示系统基202于QGraphicsView、QGraphicsScence和QGraphicsItem框架搭建。
病人信息数据库201和标注信息数据库204数据均储存于一个database.db文件中。数据库采用table格式，在显示界面设置一个QTableView窗口，并且设置用该窗口显示数据库信息。病人信息数据库201不仅可以进行病人信息的录入、保存，而且可以进行数据库界面显示、排序、修改、查询等操作。标注信息数据库204存储的数据可以在显示界面显示，并且可以进行数据查找、定点显示等功能操作。
波形显示系统202不仅可以进行数据加载、波形显示，而且可以进行取点取段显示、波形放缩等功能。波形显示系统202可以进行aEEG、EEG、IMP和SampEn多参数的显示和评估。
图3示出了新生儿脑功能监护仪的处理过程。如图3所示，处理过程包括：
步骤S301、录入病人信息；
步骤S302、将病人信息存储到病人信息数据库；
步骤S303、数据采集；
步骤S304、将采集到的数据存储到数据存储器；
步骤S305、对采集的数据进行分析处理，得到振幅整合脑电图和样本熵存储到数据存储器；
步骤S306、根据处理后的数据显示脑电波形（波形实时显示）；
数据标注过程，包括：
步骤S307、从数据存储器获取脑电波形数据（数据加载）；
步骤S308、显示脑电波形；
步骤S309、在波形上标注特征信息（数据标注）；
步骤S310、将标注后的数据存储到标注信息数据库。

Claims (10)

1.基于DSP和ARM双核处理器的新生儿脑功能监护仪，包括：
脑电信号采集电极；
连接于脑电信号采集电极的信号放大单元；
连接于信号放大单元的信号采集单元； 
连接于信号采集单元的信号处理单元；以及
连接于信号处理单元的显示单元；
其特征在于：所述信号处理单元的处理器为具有DSP处理器和ARM处理器的双核处理器，DSP处理器用于执行脑电分析算法对采集到的脑电数据处理，ARM处理器用于控制整个监护仪的运行、数据交互和管理外设。
2.根据权利要求1所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，双核处理器的数据处理过程包括：
将要运行的脑电分析算法编译生成.lib文件挂载到DSP处理器；
为ARM处理器和DSP处理器分配公共存储空间；
ARM处理器将脑电数据放到公共存储空间并调用DSP处理器进行处理；以及
DSP处理器将处理后的数据返回ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，内置的脑电分析算法包括振幅整合脑电分析算法和样本熵脑电分析算法。
4.根据权利要求1所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，该新生儿脑功能监护仪的用户界面平台包括：
用于标注脑电波形特征信息的数据标注系统；以及
用于存储和查询标注信息的标注信息数据库。
5.根据权利要求4所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，所述数据标注系统的标注过程包括：
获取脑电波形数据；
显示脑电波形；
在波形上标注特征信息；以及
将标注后的数据存储到标注信息数据库。
6.根据权利要求4所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，该新生儿脑功能监护仪的用户界面平台还包括：
用于存储和查询病人基本信息的病人信息数据库；和/或
用于显示脑电波形的波形显示系统。
7.根据权利要求6所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，所述用户界面平台基于Linux系统下的QT软件设计开发，所述病人信息数据库和标注信息数据库基于QT软件下的QSql搭建，所述波形显示系统基于QGraphicsView、QGraphicsScence和QGraphicsItem框架搭建。
8.根据权利要求1所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，该新生儿脑功能监护仪还包括阻抗检测单元，其分别与脑电信号采集电极和信号采集单元连接，用于获取反映头皮与电极接触状况的阻抗信号并传递给信号采集单元。
9.根据权利要求8所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，所述信号采集单元包括A/D转换器和单片机，所述A/D转换器为双通道转换器，该A/D转换器的一个通道与阻抗检测单元连接，另一个通道与信号放大单元连接，所述单片机通过SPI接口对A/D转换器进行控制，通过串口将采集到的数据传给信号处理单元的数据存储器。
10.根据权利要求1所述的新生儿脑功能监护仪，其特征在于，所述信号放大单元由输入缓冲单元、差分放大单元、滤波单元、主放大单元和光电隔离单元顺次连接组成。
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