CN109157212A - 基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征，包括：第一步，获取滤波数据；第二步，将滤波前的数据按照8行9列的数组形式放入滤波缓冲区；第三步，执行复合滤波操作；第四步，复合滤波后的数据输出。本发明成功将一种复合滤波方法应用到安卓系统的心电图机中，不需要额外硬件滤波电路支持，利用软件算法实现。操作灵活，修改方便。按照本发明，每次2毫秒读到的8通道12导联24个数据点可以在0.2微秒内完成复合滤波运算，在保证滤波效果的同时实时性非常好，相比搭建传统硬件滤波电路，大大减少了时间开销和硬件成本，提高了滤波的可靠和可控性。

Description

基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统及其方法

技术领域

本发明涉及生物医学与计算技术领域，具体涉及一种基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统及其方法。

背景技术

滤波(Wave filtering)是将含有干扰的接收信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。根据实现的途径可分为软件滤波和硬件滤波。软件滤波操作灵活，修改方便。硬件滤波前期搭建复杂，扩展麻烦，对于一些复杂的滤波要求现在用单纯硬件滤波的越来越少。

传统心电图机大部分都是硬件技术积累产生的，采用硬件滤波的方式，对原器件性能要求高，当然，一般正常使用也不会有大问题，但出了问题就很难定位查找。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统及其方法，能够利用软件算法解决基于安卓系统的心电图机的滤波问题，减少硬件开销，增加滤波系统的可靠性。

本发明提供了一种基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统，其特征在于包括用于与生物体相连接并采集生物电信号的前端数据采集模块、显示模块和主控制板；主控制板设置有中央处理模块、信号转换模块、滤波数据获取模块、工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块和内部接口模块；前端数据采集模块通过USB线与主控板的内部接口模块电连接，中央处理模块和内部接口模块电连接，中央处理模块通过内部接口模块实现和前端数据采集模块之间进行数据交互；数据采集模块将从生物体上采集到的生物电信号传递给中央处理模块；中央处理模块传递生物电信号至转换模块，信号转换模块负责将生物电信号转化为数字信号并实现数字信号的拼接和电压的转换；信号转换模块将处理后的数字信号的指定字节的滤波前数据传递至滤波数据获取模块；滤波数据获取模块完成滤波前数据格式化转换操作；滤波数据获取模块的输出端分别与工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块和内部接口模块的输入端电连接；工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块的输出端分别与内部接口模块的输入端电连接；工频滤波模块的输出端分别与肌电滤波模块和基漂滤波模块的输入端电连接；肌电滤波模块的输出端与基漂滤波模块的输入端电连接；

滤波数据获取模块按照接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法；复合滤波后的数据在中央处理模块的调配下，将滤波后的结果通过内部接口模块传递至显示模块显示。

所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统的计算方法包括以下步骤：

第一步，前端数据采集模块采集生物体的生物电信号并将其传递给中央处理模块；

第二步，中央处理模块传递数据至信号转换模块，信号转换模块将生物电信号转化为数字信号，然后实现数字信号的拼接和电压的转换生成滤波前数据；滤波数据获取模块从上述处理后的滤波前数据中获取指定字节数据并进行格式化转换；

第三步，根据接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法；

第四步，复合滤波后数据在中央处理模块的调配下将滤波后的结果通过内部接口模块传递至显示模块显示。

上述技术方案中，第二步中滤波数据获取模块每次获取的指定字节的滤波前数据长度为48个字节384位数据。

上述技术方案中，第三步中所述上位机指令是当前复合滤波的具体执行路径及方法。上位机指令由外部控制设备发送至中央处理模块；中央处理模块根据上位机指令驱动滤波数据获取模块、工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块的输入和输出途径。

上述技术方案中，第三步所述复合滤波路径包括以下8种组合：不滤波，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至内部接口；

只选择工频滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择肌电滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择基漂滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后肌电滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后进行肌电滤波，最后执行基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先肌电滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口。

上述技术方案中，工频滤波模块执行的滤波方法为：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；选择对应的八阶滤波系数a1和b1；然后调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y1队列缓冲区；移位输出工频滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，根据上位机设定选择其它滤波模块继续滤波或直接输出数据。

上述技术方案中，肌电滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；选择对应的八阶滤波系数a2和b2；然后调用2号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y2队列缓冲区；移位输出数据；进行八阶合成十六阶滤波转换；将转换完的数据放入y2a队列缓冲区；移位输出肌电滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，根据上位机设定选择基漂滤波模块滤波或直接数据输出。

上述技术方案中，基漂滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；然后选择对应的四阶滤波系数a3和b3；再调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y3队列缓冲区；移位输出基漂滤波后的数据；根据设定的路径和不同档位的滤波系数来完成单一方法的复合操作，最终得到需要滤波后数据。

上述技术方案中，每一次获取滤波数据包含12导联前后两个采样点共24个数据点。

本发明案例经过在基于安卓系统的心电图机上测试，运算效率高，能实时滤波实时显示。相比传统模式，减少了时间开销和硬件成本，提高了滤波的可靠性。本发明基于安卓系统的复合滤波计算方法与传统方法相比，具有快速、准确、不增加额外硬件，软件算法精简等特点。本发明在滤波计算的实时性和准确性方面做了很大提升，特别适用在安卓、Linux等嵌入式、手持式的移动终端上应用，使得滤波的稳定性和扩展性大大提高。

附图说明

图1是为本发明专利结构示意图；

图2是为本发明专利的电气接线图。

图3是为本发明专利的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法是在安卓系统的心电图机上实现的，包括主控制板、显示模块和前端数据采集模块等。本实施例主控制板中央处理模块所用中央处理器(CPU)采用Fresscale i.MX6Q四核工业级处理器，具有极高的性能、优越的功耗表现、极高的性价比和稳定性。本发明包括用于采集生物电信号的前端数据采集模块、显示模块和主控制板，主控制板设置有中央处理模块、信号转换模块、滤波数据获取模块、工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块和内部接口模块；前端数据采集模块通过USB线与主控板的内部接口模块电连接，中央处理模块和内部接口模块电连接，中央处理模块通过内部接口模块实现和前端数据采集模块之间进行数据交互；数据采集模块将从生物体上采集到的生物电信号传递给中央处理模块；中央处理模块传递数据至信号转换模块，信号转换模块负责将生物电信号转化为数字信号，然后实现数字信号的拼接和电压的转换；信号转换模块将处理后的指定字节的滤波前数据传递至滤波数据获取模块，滤波数据获取模块完成滤波前数据格式化转换操作；滤波数据获取模块按照接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法；复合滤波后的数据在中央处理模块的调配下，将滤波后的结果通过内部接口模块传递至显示模块显示。

如图2所示，是本实施例基于安卓系统的心电图机的电气接线图。前段数据采集模块通过导联线获取人体的心率信号并通过USB线传递至主控制板，经主控制板处理后发送至显示模块，显示模块显示处理后的信号便于使用人员观看。

如图3所示，是本实施例基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法的软件流程图。下面结合具体事例对发明做详细介绍：

通过获取滤波数据运用软件算法快速准确地消除杂波干扰，将有用的信号显示给用户，其特征在于，包括：基于安卓系统实现的一种复合滤波的计算方法。

将本发明的程序做成一个线程，每一次读到2个采样点，根据不同的队列缓冲8个，16个或4个滤波数据点，针对每个点执行滤波操作。经上机测试，实时滤波对系统性能不产生干涉且不影响系统其它功能。

本发明是利用采集到的每个数据包中前48字节作为滤波数据来讲述在安卓系统下复合滤波计算的方法。具体步骤为：

(1)获取滤波数据

前端数据采集模块将从生物体上采集到的生物电信号传递给中央处理模块；信号转换模块负责将生物电信号转化为数字信号，然后实现数据的拼接和电压的转换；滤波数据获取模块从转换完的数据中获取每一个数据包中前48个字节数据，按照顺序依次放入8行9列的缓冲区中。

(2)执行复合滤波操作

根据接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法，其中，复合滤波的路径包括以下8种可能的组合：不滤波；只选择工频滤波模块；只选择肌电滤波模块；只选择基漂滤波模块；选择先工频滤波，然后肌电滤波；选择先工频滤波，然后进行肌电滤波，最后执行基漂滤波；选择先工频滤波，再基漂滤波；选择先肌电滤波，再基漂滤波。

其中，：不滤波，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至内部接口；

只选择工频滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择肌电滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择基漂滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后肌电滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后进行肌电滤波，最后执行基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先肌电滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口。

复合滤波的方法按照单一的滤波模块划分有3种，其中，工频滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定选择对应的八阶滤波系数a1和b1；然后调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y1队列缓冲区；移位输出工频滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，是选择其它滤波模块继续滤波还是直接数据输出。肌电滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；选择对应的八阶滤波系数a2和b2；然后调用2号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y2队列缓冲区；移位输出数据；进行八阶合成十六阶滤波转换；将转换完的数据放入y2a队列缓冲区；移位输出肌电滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，是继续选择基漂滤波模块滤波还是直接数据输出。基漂滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；然后选择对应的四阶滤波系数a3和b3；再调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y3队列缓冲区；移位输出基漂滤波后的数据。根据设定的路径和不同档位的滤波系数来完成单一方法的复合操作，最终得到需要滤波后数据。

(3)将滤波后数据用图形的方式展示给用户

将滤波后的结果，在中央处理模块的调配下将计算结果通过内部接口模块传递至显示模块显示，显示模块将结果展示给用户。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统，其特征在于包括用于与生物体相连接并采集生物电信号的前端数据采集模块、显示模块和主控制板；主控制板设置有中央处理模块、信号转换模块、滤波数据获取模块、工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块和内部接口模块；前端数据采集模块通过USB线与主控板的内部接口模块电连接，中央处理模块和内部接口模块电连接，中央处理模块通过内部接口模块实现和前端数据采集模块之间进行数据交互；数据采集模块将从生物体上采集到的生物电信号传递给中央处理模块；中央处理模块传递生物电信号至转换模块，信号转换模块负责将生物电信号转化为数字信号并实现数字信号的拼接和电压的转换；信号转换模块将处理后的数字信号的指定字节的滤波前数据传递至滤波数据获取模块；滤波数据获取模块完成滤波前数据格式化转换操作；滤波数据获取模块的输出端分别与工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块和内部接口模块的输入端电连接；工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块的输出端分别与内部接口模块的输入端电连接；工频滤波模块的输出端分别与肌电滤波模块和基漂滤波模块的输入端电连接；肌电滤波模块的输出端与基漂滤波模块的输入端电连接；

滤波数据获取模块按照接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法；复合滤波后的数据在中央处理模块的调配下，将滤波后的结果通过内部接口模块传递至显示模块显示。

2.根据权利要求1所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算系统的计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：

第一步，前端数据采集模块采集生物体的生物电信号并将其传递给中央处理模块；

第二步，中央处理模块传递数据至信号转换模块，信号转换模块将生物电信号转化为数字信号，然后实现数字信号的拼接和电压的转换生成滤波前数据；滤波数据获取模块从上述处理后的滤波前数据中获取指定字节数据并进行格式化转换；

第三步，根据接收到的上位机指令执行相应的复合滤波路径及方法；

第四步，复合滤波后数据在中央处理模块的调配下将滤波后的结果通过内部接口模块传递至显示模块显示。

3.根据权利要求2所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于第二步中滤波数据获取模块每次获取的指定字节的滤波前数据长度为48个字节384位数据。

4.根据权利要求3所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于第三步中所述上位机指令是当前复合滤波的具体执行路径及方法。上位机指令由外部控制设备发送至中央处理模块；中央处理模块根据上位机指令驱动滤波数据获取模块、工频滤波模块、肌电滤波模块、基漂滤波模块的输入和输出途径。

5.根据权利要求4所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于第三步所述复合滤波路径包括以下8种组合：不滤波，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至内部接口；

只选择工频滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择肌电滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

只选择基漂滤波模块，即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后肌电滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，然后进行肌电滤波，最后执行基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先工频滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工频滤波模块，工频滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口；

选择先肌电滤波，再基漂滤波；即滤波数据获取模块直接输出格式化的滤波前数据至工肌电滤波模块，肌电滤波模块处理后输出至基漂滤波模块，基漂滤波模块处理后输出至内部接口。

6.根据权利要求4所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于工频滤波模块执行的滤波方法为：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；选择对应的八阶滤波系数a1和b1；然后调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y1队列缓冲区；移位输出工频滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，根据上位机设定选择其它滤波模块继续滤波或直接输出数据。

7.根据权利要求4所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于肌电滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；选择对应的八阶滤波系数a2和b2；然后调用2号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y2队列缓冲区；移位输出数据；进行八阶合成十六阶滤波转换；将转换完的数据放入y2a队列缓冲区；移位输出肌电滤波后的数据；继续判断当前数据的走向，根据上位机设定选择基漂滤波模块滤波或直接数据输出。

8.根据权利要求4所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于基漂滤波模块执行的方法流程是：根据当前上位机设定，接收上一步发送来的数据；然后选择对应的四阶滤波系数a3和b3；再调用1号滤波函数；函数返回值依次按顺序放入y3队列缓冲区；移位输出基漂滤波后的数据；根据设定的路径和不同档位的滤波系数来完成单一方法的复合操作，最终得到需要滤波后数据。

9.根据权利要求2所述的基于安卓系统的心电图机的复合滤波计算方法，其特征在于每一次获取滤波数据包含12导联前后两个采样点共24个数据点。