CN107174233A - 一种高性能多维实时心电成像系统电路 - Google Patents

一种高性能多维实时心电成像系统电路 Download PDF

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陈英涛
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Abstract

本发明涉及一种医学生物电信号检测设备，具体涉及一种高性能多维实时心电成像系统电路。包括：心电电极接口（1）、报警单元（2）、前置信号处理器（3）、电源模块（4）、板载存储器（5）、现场可编程门阵列（FPGA）控制器（6）、外接存储器（7）、ARM控制器（8）、有线传输控制器（9）、无线传输控制器（10）及外部数据处理显示系统（11）。本发明使用了专用的数据处理芯片及技术，使得对大量心电信号的采样、处理速度、处理效能、数据存储和数据传输性能都有了大幅度提高。本发明可以连接多达数百个心电电极，可以任意选择高速有线、无线数据传输，使得本设备的互联网功能大大增强，为后期的大数据及云计算打下了基础。

Description

一种高性能多维实时心电成像系统电路
技术领域
本发明涉及一种医学生物电信号检测设备，具体涉及一种高性能多维实时心电成像系统电路。
背景技术
心脏生物电活动具有方向、途径、次序及时间规律，其变化反映到身体表面形成心电位，通过电子仪器记录下来的这种电位变化就是心电图。很多心脏疾病可以引起心脏电活动的异常。心电图的记录已有100多年历史。电极在体表放置部位的不同，形成不同的心电图导联体系，从而记录下不同的心电图。心脏是一个立体的三维结构，心脏的电活动也应该是三维形式。然而目前的临床心电图只反映了综合心肌动作电位的一维线性变化，其提取的信息量可能还不到整个心电信息量的10%。二维心电图又称为心电向量图，临床应用不多。鉴于技术和设备的限制，三维空间心脏电活动基本上还处于实验研究阶段。
中国发明专利申请 CN 1206580A 公开了一种“立体心电图的成像方法及成像仪”，使用16通道记录仪，记录显示了三维心电图。然而由于其电极及导联数较少，设备过于简单，难以完成多维心电的实时采样，达不到临床应用要求。中国发明专利申请 CN103829941 A公开了一种“多维心电成像系统及方法”， 整合体表电位标测技术和心电向量技术，描述了以解剖定位为基础的心电功能成像方法，检测跨壁心电活动信息，帮助心脏疾病的诊断。这种方法比较局限，还不能实现完整的三维心电向量的实时采样及显示。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，旨在提供一种高性能多维实时心电成像系统电路，实现对多达数百个通道心电信号实时同步采样，重建完整三维心电向量图的多维成像。
为了解决上述技术问题，本发明是通过下列技术方案实现的，其包括：心电电极接口、报警单元、前置信号处理器、电源模块、板载存储器、现场可编程门阵列（FPGA）控制器、外接存储器、 ARM控制器、有线传输控制器、无线传输控制器及外部数据处理显示系统。心电电极接口与前置信号处理器连接，前置信号处理器与现场可编程门阵列（FPGA）控制器连接，现场可编程门阵列（FPGA）控制器分别与板载存储器、外接存储器及有线传输控制器连接，ARM控制器分别与板载存储器、外接存储器、有线传输控制器及无线传输控制器连接，有线传输控制器与外部数据处理显示系统连接，无线传输控制器与外部数据处理显示系统无线连接，电源模块及报警单元为整机相关电路提供电源及处理报警信号。
本发明可以使用数十、甚至数百个电极与人体连接，再连接到心电电极接口，前置信号处理器采用基于ASIC的前端心电信号处理器，用于心电信号的放大、滤波及模数转换。经过前端处理系统产生的多维实时心电数字信号，再采用现场可编程门阵列（FPGA）控制器芯片进行汇总和存储。可以采用板载存储器对心电数据进行存储，也可以采用大容量外接存储器对心电数据进行存储，如SD卡，SSD硬盘等。ARM控制器读取板载存储器或外接存储器中的心电数据，通过有线数据传输控制器或无线数据传输控制器，传输至外部数据汇总、处理及显示系统，输出一维心电图（常规心电图）、二维心电图（心向量图）及多维实时心电成像图。有线数据传输可以使用千兆以太网，无线数据传输可以使用蓝牙、WIFI等。如需高速数据发送，可使用FPGA直接进行数据发送。
本发明可以实现任意两个电极对的心电信号采样监测，或中心电极对其他任意电极的心电信号采样监测。
本发明可以实现交流或直流电源供电。各种类型的错误或者异常，由报警单元处理及报警。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：由于本发明使用了特别定制的专用的高度集成的数据处理芯片及技术，使得对大量心电信号的采样、处理速度、处理效能、数据存储和数据传输性能都有了大幅度提高。本发明可以连接多达数百个心电电极，由于采用基于ASIC的前端心电信号处理器，可以对多达数百个心电信号进行实时采样、放大、滤波及模数转换。由于采用了先进的ARM控制器及现场可编程门阵列（FPGA）控制器芯片，可以对大量心电数据进行高速汇总，分别存储在板载存储器或大容量外接存储器中，有利于原始数据的保存、处理和交换。可以任意选择高速有线、无线数据传输，使得本设备的互联网功能大大增强，为后期的大数据及云计算打下了基础。
附图说明
图1 是本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种高性能多维实时心电成像系统电路，其包括：心电电极接口 1、报警单元 2、前置信号处理器 3、电源模块 4、板载存储器 5、现场可编程门阵列（FPGA）控制器 6、外接存储器 7、 ARM控制器 8、有线传输控制器 9、无线传输控制器 10及外部数据处理显示系统 11。心电电极接口 1 与前置信号处理器 3连接，前置信号处理器3 与现场可编程门阵列（FPGA）控制器 6 连接， 现场可编程门阵列（FPGA）控制器 6 分别与板载存储器 5、外接存储器 7 及有线传输控制器 9 连接，ARM控制器 8 分别与板载存储器 5、外接存储器 7、有线传输控制器 9 及无线传输控制器 10 连接，有线传输控制器9 与外部数据处理显示系统 11 连接，无线传输控制器 10 与外部数据处理显示系统 11无线连接，电源模块 4 及报警单元 3 为整机相关电路提供电源及处理报警信号。
本发明实施例中，电极采用128通道，前置信号处理器采用特别定制的专用的高度集成的数字信号处理器芯片，ARM控制器及现场可编程门阵列（FPGA）采用 XILINXXC7A100T 芯片，外部数据处理显示系统使用高性能计算机系统工作站。
本发明不局限于上述具体实施方式，不论是否采用其他任何同类电路芯片，均落在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高性能多维实时心电成像系统电路，包括：心电电极接口（1）、报警单元（2）、前置信号处理器（3）、电源模块（4）、板载存储器（5）、现场可编程门阵列（FPGA）控制器（6）、外接存储器（7）、 ARM控制器（8）、有线传输控制器（9）、无线传输控制器（10）及外部数据处理显示系统（11），其特征在于：所述的心电电极接口（1）与前置信号处理器 （3）连接，前置信号处理器（3）与现场可编程门阵列（FPGA）控制器（6）连接， 现场可编程门阵列（FPGA）控制器（6）分别与板载存储器（5）、外接存储器（7）及有线传输控制器（9）连接，ARM控制器（8）分别与板载存储器（5）、外接存储器（7）、有线传输控制器（9）及无线传输控制器（10）连接，有线传输控制器（9）与外部数据处理显示系统（11） 连接，无线传输控制器（10）与外部数据处理显示系统（11）无线连接，电源模块（4）及报警单元（3）为整机相关电路提供电源及处理报警信号。
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