CN106326639B - 一种ecg仿真信号建模与分段发生方法 - Google Patents

一种ecg仿真信号建模与分段发生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ECG仿真信号建模与分段发生方法。根据JJG 1041‑2008《数字心电图机检定规程》中对标准ECG仿真信号的幅度和时间参数要求，通过拟合与计算得到各点坐标，将ECG仿真信号拆分成14段进行拟合，通过MATLAB对拟合函数进行拼接，得到ECG仿真信号的模型，根据数据量得到时间间隔，依据时间间隔取幅值点，将幅值转换为16进制数据，存入单片机的FLASH内，通过单片机的内部DA发出，最后通过衰减器对幅值进行衰减。该方法得到的波形密度均匀，精度高。

Description

一种ECG仿真信号建模与分段发生方法
技术领域
本发明涉及一种信号发生方法，特别是一种ECG仿真信号建模与分段发生方法。
背景技术
心电图机、脑电图机以及医用运动平板等医疗器械均是各医院常用且不可缺少的医疗设备，这些设备使用时间过长会导致精度不准确，导致医疗上的误诊，所以必须对其进行定期的检定和校准，而心电图机和脑电图机更是国家强制检定项目。根据心电类医疗器械的检定规程或校准规范的说明，在对心电类医疗设备进行检定和校准的时候，都需要用到ECG仿真信号，该信号对各波段的时间和幅值都做了详细的精度要求和说明，是一种能够有效检定和校准心电类医疗设备的仿真信号。现有的波形发生方法没有针对ECG仿真信号的，也没有介绍如何获得ECG仿真信号数据以及如何对数据进行处理的方法，更没有如何通过算法和单片机相结合达到精确控制ECG仿真信号的波形幅度和周期的方法，ECG仿真信号的建模方法也没有相关的介绍。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够解决前述问题的ECG仿真信号建模与分段发生方法。
一种ECG仿真信号建模与分段发生方法，包括10个步骤，所述的建模与分段发生方法的10个步骤如下：
S1：在JJG 1041-2008《数字心电图机检定规程》中查询得到ECG仿真信号的参数标准值。
S2：通过ECG仿真信号中的波段时间间隔和波段幅度值，得到ECG仿真信号各点的坐标。
S3：将ECG仿真信号分成14段，通过各点坐标进行分段拟合，14个拟合函数依次为
y1＝-0.07086*x1 2+9.404*x1+0.001119；
y2＝0.03454*x2 2-4.538*x2+348；
y3＝-0.07086*x3 2+9.404*x3；
y4＝0；
y5＝(-0.02074*x5+3.428)*1000+5；
y6＝171.3*x6-31965；
y7＝75*x7-13990；
y8＝-55.56*x8+13160；
y9＝23.01*x9-4437；
y10＝-51.59*x10+13410；
y11＝-1.662*x11+432.1；
y12＝-116；
y13＝0.02989*x13 2-33.85*x13+9195；
y14＝0；
S4：通过MATLAB对这14个拟合函数进行拼接，建立ECG仿真信号模型，并在MATLAB上对波形进行显示。
S5:通过试验确定单片机发波的合适的数据量，本发明确定数据量为1000。
S6:由于ECG仿真信号的频率为0.75Hz的确定值，周期为1333.3mS，初步确定ECG仿真信号的各点间距为1.3333mS。
S7：ECG仿真信号各波段时间长度不一致，各波段按1.3333mS的时间间隔取，将各波段时间除以1.3333mS，若无法整除，说明存在小于1个时间间隔单位的时间余数，则通过MATLAB计算出该波段最后一点距下一个波段起始点的时间间隔，通过单片机精确控制这段时间间隔，保证各波段时间的精度。
S8：按时间间隔依次取点，得到各点的幅度值，幅度值为小数，而单片机的DA模块只能接收16进制数，将所有数据乘以10n n为小数保留位数，去除小数部分后，将幅值最小点定义为0，最大点定义为4095(内置DA为12位)，再将所有数据进行同比例变化，最后将所有数据转换为16进制。
S9：将得到的16进制数据存入单片机内置FLASH模块，再通过单片机的DA模块发出。
S10：将单片机发出的波形通过衰减器对波形幅值进行衰减。
所述的单片机为STM32F103ZET6，外接8MHz晶振，通过倍频后达到72MHz，即时钟周期为1/72us，单片机通过中断控制各点间的时间间隔，同时，该单片机内置12位DA模块，因此，发波的时间和幅值精度都非常高。
所述的衰减器为20dB和40dB的两个带SMA接口的衰减器串联，20dB的衰减倍数为10倍，40dB的衰减倍数为100倍，串联后衰减倍数为1000；通过继电器切换衰减倍数，可以达到10倍，100倍和1000倍三种衰减倍数的选择，以满足量程和精度的要求。
本发明的有益效果：本发明根据JJG 1041-2008《数字心电图机检定规程》中ECG仿真信号参数标准，提供了一种从获得数据到波形输出的ECG仿真信号的建模和发生的方法。本发明发出的ECG仿真信号波形各点间时间间隔相同，波形密度均匀。本发明通过单片机与算法相结合，使得发出ECG仿真信号的波形精度非常高。
附图说明
图1是本发明的建模与分段发生方法流程图；
图2是标准ECG仿真信号波形图；
图3是本发明的ECG仿真信号分段示意图；
图2中T1～TT11和A1～A10如表1中所示，分别为标准ECG仿真信号各波段的时间间隔和幅度值，图2中a～q为标准ECG仿真信号波形上各点；图3中1～14为本发明对标准ECG仿真信号分成的14个波段。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的ECG仿真信号建模与分段发生方法流程图，包括10个步骤，如下：S1：在JJG 1041-2008《数字心电图机检定规程》中查询得到ECG仿真信号的参数标准值；S2：通过ECG仿真信号中的波段时间间隔T1～T11和波段幅度值A1～A10，得到ECG仿真信号各点a～q的坐标；S3：将ECG仿真信号分成14段1～14，通过各点a～q坐标进行分段拟合；S4：通过MATLAB对这14个拟合函数进行拼接，建立ECG仿真信号模型，并在MATLAB上对波形进行显示；S5:通过试验确定单片机发波的合适的数据量，本发明确定数据量为1000；S6:由于ECG仿真信号的频率为0.75Hz的确定值，周期为1333.3mS，初步确定ECG仿真信号的各点间距为1.3333mS；S7：ECG仿真信号各波段时间长度不一致，各波段按1.3333mS的时间间隔取，将各波段时间除以1.3333mS，若无法整除，说明存在小于1个时间间隔单位的时间余数，则通过MATLAB计算出该波段最后一点距下一个波段起始点的时间间隔，通过单片机精确控制这段时间间隔，保证各波段时间的精度；S8：按时间间隔依次取点，得到各点的幅度值，幅度值为小数，而单片机的DA模块只能接收16进制数，将所有数据乘以10n，去除小数部分后，将幅值最小点定义为0，最大点定义为4095(内置DA为12位)，再将所有数据进行同比例变化，最后将所有数据转换为16进制；S9：将得到的16进制数据存入单片机内置FLASH模块，再通过单片机的DA模块发出；S10：将单片机发出的波形通过衰减器对波形幅值进行衰减。
如图2所示的标准ECG仿真信号波形图，对标准ECG仿真信号各波段的时间间隔和幅度值进行了标注，T1～T11分别为标准ECG仿真信号各波段的时间段标号，A1～A10分别为标准ECG仿真信号的各波段幅度标号，各波段的时间段要求和幅度要求如表1所示。
表1标准ECG仿真信号波形参数值
通过如图2所示的标准ECG仿真信号波形图和表1所示的标准ECG仿真信号波形参数值，得到如表2所示的标准ECG仿真信号波形点坐标，如图3所示的ECG仿真信号分段示意图，把ECG仿真信号分成14段，结合各点a～q的坐标，再分别对14段进行拟合与拼接，得到ECG仿真信号的数学模型。
表2标准ECG仿真信号波形点坐标
根据JJG 1041-2008《数字心电图机检定规程》中对标准ECG仿真信号的幅度和时间参数要求，通过拟合与计算得到各点坐标，将ECG仿真信号进行拆分，分为14段，通过MATLAB对拟合函数进行拼接与显示，观察细节无误后，通过ECG仿真信号的模型得到1000个数据点，转换为16进制的数据存入单片机的FLASH内，通过单片机的内部DA发出，再通过衰减器对幅值进行衰减。
综上，本发明对ECG仿真信号从参数标准到波段函数拟合，再到ECG仿真信号模型建立，再到波形幅值数据获得，以及波形数据处理进行了详细介绍，并可以通过需求设定数据量，且各点时间间隔相同，使得各波段波形输出密度均匀，同时对于小于一个时间间隔的时间通过单片机精确发出，保证发出波形可以达到非常高的精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种ECG仿真信号建模与分段发生方法，其特征在于该方法具体是：
S1：在JJG 1041-2008《数字心电图机检定规程》中查询得到ECG仿真信号的参数标准值；
S2：通过ECG仿真信号中的波段时间间隔T1～T11和波段幅度值A1～A10，得到ECG仿真信号各点a～q的坐标；
S3：将ECG仿真信号分成14段，通过各点a～q坐标进行分段拟合，14个拟合函数依次为
y1＝-0.07086*x1 2+9.404*x1+0.001119；
y2＝0.03454*x2 2-4.538*x2+348；
y3＝-0.07086*x3 2+9.404*x3；
y4＝0；
y5＝(-0.02074*x5+3.428)*1000+5；
y6＝171.3*x6-31965；
y7＝75*x7-13990；
y8＝-55.56*x8+13160；
y9＝23.01*x9-4437；
y10＝-51.59*x10+13410；
y11＝-1.662*x11+432.1；
y12＝-116；
y13＝0.02989*x13 2-33.85*x13+9195；
y14＝0；
其中xi表示第i段区间内的时刻，单位为毫秒，yi表示第i段区间内的电压幅值，单位为毫伏，i＝1,2,3...14；
S4：通过MATLAB对这14个拟合函数进行拼接，建立ECG仿真信号模型，并在MATLAB上对波形进行显示；
S5:通过试验确定单片机发波的合适的数据量；
S6:确定ECG仿真信号的各点间距为1.3333mS；
S7：ECG仿真信号各波段时间长度不一致，各波段按1.3333mS的时间间隔取，将各波段时间除以1.3333mS，若无法整除，说明存在小于1个时间间隔单位的时间余数，则通过MATLAB计算出该波段最后一点距下一个波段起始点的时间间隔，通过单片机精确控制这段时间间隔，保证各波段时间的精度；
S8：按时间间隔依次取点，得到各点的幅度值，幅度值为小数，将所有数据乘以10n ， n为小数保留位数，去除小数部分后，将幅值最小点定义为0，最大点定义为4095，再将所有数据进行同比例变化，最后将所有数据转换为16进制；
S9：将得到的16进制数据存入单片机内置FLASH模块，再通过单片机的DA模块发出；
S10：将单片机发出的波形通过衰减器对波形幅值进行衰减。
2.根据权利要求1所述的一种ECG仿真信号建模与分段发生方法，其特征在于：所述的单片机为STM32F103ZET6，外接8MHz晶振，通过倍频后达到72MHz，即时钟周期为1/72us，单片机通过中断控制各点间的时间间隔，同时，该单片机内置12位DA模块。
3.根据权利要求1所述的一种ECG仿真信号建模与分段发生方法，其特征在于：所述的衰减器为20dB和40dB的两个带SMA接口的衰减器串联，20dB的衰减倍数为10倍，40dB的衰减倍数为100倍，串联后衰减倍数为1000；通过继电器切换衰减倍数，可以达到10倍，100倍和1000倍三种衰减倍数的选择，以满足量程和精度的要求。
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