CN109528228A - 一种基于fpga的八通道并联心音数据滤波系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，包括控制并执行运算的FPGA控制模块和用于大数据分析的云数据模块，所述FPGA控制模块包括FIR滤波模块、系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选运算模块，所述FPGA控制模块的一侧依次电气连接有电源模块、采集模块和无线数据通信模块，所述云数据模块包括用户模块、数据储存模块、数据处理模块和诊断模块。本发明，通过八个通道的检测，经过滤波处理得到各个波段准确的心音数据，并传递给云数据模块进行大数据处理和人工处理，有利于医生高效准确的诊断，做到早发现早治疗，填补了从听诊器到CT、核磁共振之间巨大的医疗诊断器械的空白，有助于病人的快速治疗和恢复。

Description

一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统
技术领域
本发明涉及医学器械技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统。
背景技术
心血管疾病目前是中国乃至世界的第一大杀手。冠状动脉疾病诊断仪的研制具有重要的现实意义。由于99％的血栓在临床是没有任何症状及感觉的，甚至通过医院心脑血管专科的常规检查，血脂、血压、心电图等指标也显示正常。
一般在人的身体中，血液流动是层流。然而，在高流动性，特别是在升主动脉条件下。层流流动可以中断并成为湍流。当其发生时，血不流线性和顺利于相邻层，但相反流可以被称为是混沌。湍流流动也会发生在大动脉在分叉点，医学记录已科学地证明了：当部分冠状动脉被堵塞，湍流血流将会产生极低振幅的高频声音；比常规心脏杂音微弱多的微杂音需要复杂的信号处理算法来检测和评估微杂音特点:高频声学、低振幅信号是冠状动脉疾病病变所独有的，动脉湍流发生在闭合低至25％音频频率随冠状动脉疾病严重而增加检测微杂音是一个挑战，自然运动心脏从声学传感器距离外部噪音患者活动体质/胸部形态，在微杂音经过滤波和处理之前，是很难被确认的，通过听诊器进行心跳声分析仍然不能诊断的一些心脏疾病，它不可能让分析师获得心音图(PCG)信号，定性和定量的特征它们可能包含不正常的心跳的声音，研究心脏的声音和人类听觉的物理特性可以看到，人的耳朵是不适合心脏听诊。用听诊器临床诊断心脏的声音的能力是有限的，而传统的CT费用较高，使用不便，不易大规模使用，所以病患心肌梗塞的表现是常规诊断不明显、发病快、死亡率高。目前医学上没有一种简单快捷的手段对冠心病进行快速诊断，为此，我们提出了一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，包括控制并执行运算的FPGA控制模块和用于大数据分析的云数据模块，所述FPGA控制模块包括FIR滤波模块、系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选运算模块，所述FPGA控制模块的一侧依次电气连接有电源模块、采集模块和无线数据通信模块，所述云数据模块包括用户模块、数据储存模块、数据处理模块和诊断模块。
优选地，所述采集模块包括阵列采集模块，所述阵列采集模块的一端电气连接有运算放大模块，所述运算放大模块的一端电气连接有陷波滤波模块，所述陷波滤波模块的一端电气连接有差分处理模块，所述差分处理模块的一端电气连接有高通滤波模块，所述高通滤波模块的一端电气连接有低通滤波模块，所述低通滤波模块的一端电气连接有ADC模块。
优选地，所述用户模块包括病例分析模块、医疗咨询模块、科技讲座模块、系统升级模块和数据更新模块。
优选地，所述诊断模块包括远程会诊模块、多方会诊模块和专家会诊模块。
优选地，所述阵列采集模块包括八个基于CMOS技术的硅麦克风传感器，其中两个硅麦克风传感器用于采集环境声音，另外六个硅麦克风用于采集人体声音。
优选地，所述用户模块为手机和电脑。
优选地，所述FPGA控制模块和云数据模块通过多种通信方式连接，多种通信方式为蓝牙、ZigBee、WiFi和4G中的一种。
优选地，所述电源模块为3.6v～4.2v的锂离子电池。
优选地，所述陷波滤波模块为60Hz陷波滤波器。
优选地，所述低通滤波模块为两极点低通滤波器。
本发明中，在心动周期中，心脏首先产生的电活动和电活动后导致心房和心室收缩，这反过来又迫使血液流动在心的各分庭之间和身体周围，开起和闭合的心脏瓣膜使血液流动与加速减速，并引起相关联的整个心脏结构(心音和杂音)振动，这种震动在胸壁内产生声响，使用时，电源模块为FPGA控制模块供电，FPGA控制模块控制六个硅麦克风传感器贴附在胸腔处，检测监听人体内心脏的处的心音，其余两个硅麦克风传感器采集人体周围的环境声音，运算放大模块对采集的心音信号进行放大处理，防止处理模拟信号时发生失真导致微弱的心音数据丢失，通过60Hz陷波滤波器去除干扰，差分处理模块用于将上述采集人体声音的六个硅麦克风传感器和环境声音的两个硅麦克风传感器所采集的声音信号进行差分处理，以得到人体的生物音，得到的电平信号经高通滤波模块消除低频噪声和两极点低通滤波器去除高频噪音，再经过ADC模块转化为数字信号，由于心音的频率范围是0～600Hz、肠音的频率范围是0～1500Hz、肺音的频率范围是100～1500Hz，得到的数字信号经过系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选核心运算模块的运算下经过FIR滤波模块把不在预设频率范围内的信号过滤掉，然后通过无线数据通信模块将所得数字信号传送给云数据模块，云数据模块将所得信号通过数据储存模块进行存储，数据处理模块将得到的数据进行整理，将每个数据得到了得到的信息进行处理，并将采集得到的多组数据进行叠加，找出心脏跳动频率、振幅和心内的定时周期与信号强度和可重复性和过去的病例分析供医疗人员参考，诊断模块中的远程会诊模块有利于充分利用医生资源，增加工作效率，多方会诊模块，可以通过云数据模块将心音信号传输给不同的医疗人员观察，有助于得到更准确的病患信息，方便医护人员的交流和学习，并将交流资料保存到数据储存模块，专家会诊模块能够在普通医生无法解决问题时进行求助，有助于对病情分析的更加透彻和医护人员的快速成长，云数据模块通过确诊病例的累积，不断自动修正并将修正后的结果反馈给医疗机构，通过医生对诊断数据的确认和修改，完成系统的自我升级完善，建立全民的人体器官音频频谱库等数字医疗解决方案，用户模块中的病例分析模块，使用者通过手机或电脑查看类似的病例分析，便于对自身状况的了解，医疗咨询模块有利于使用者，在不明确自身状况时进行咨询，通过医护人员详细的进行了解，科技讲座模块能够让使用者学习更多的医疗知识，做到早预防，早治疗，系统升级模块将越来越完善系统的功能，数据更新模块对得到的医疗数据进行实时更新，进行互联互通的健康咨询信息共享系统，开展健康大数据的深度挖掘与应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过FPGA控制模块、采集模块和无线数据通信模块的配合，采集心音数据，通过对心脏血流声波的检测，解决了传统的听诊器无法辨别低振幅的高频声音的问题，经过除杂处理，达到了准确测量心音数据的目的，得到较为完整的心音数据，筛选出病灶位置，有利于医生高效准确的诊断，做到早发现早治疗；
2、通过云数据模块、用户模块和诊断模块的配合，解决了传统的医学治疗效率低的问题，达到了多元化分析的目的，能够更加准确的得到医疗数据，有助于病人的治疗，同时能够使医护人员得到更好的学习，加快医护人员的成长；
综上所述，本发明，通过八个通道的检测，经过滤波处理得到各个波段准确的心音数据，并传递给云数据模块进行大数据处理和人工处理，有利于医生高效准确的诊断，做到早发现早治疗，填补了从听诊器到CT、核磁共振之间巨大的医疗诊断器械的空白，为基层卫生所和社区医院提供了一种新型的心血病早期诊断快捷手段，有助于病人的快速治疗和恢复，也为政府采购提供了新型的、便宜的、可以普及的冠心病诊疗医疗器械，通过网络与数据处理中心连接，大量的非常精准的医疗数据通过数据链条汇集到云数据模块，通过对病人的病例的比对和分析，云数据模块将对病人的病史了解和异地诊断提供快捷的权威的精准的医疗信息服务，可以形成一个心血管疾病早期诊断、病历处理、异地会诊、大数据分析、预防控制的大型互联网病理处理系统，同时能够使医护人员得到更好的学习，加快医护人员的成长。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统的结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统的FPGA控制模块结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统的采集模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，包括控制并执行运算的FPGA控制模块和用于大数据分析的云数据模块，所述FPGA控制模块包括FIR滤波模块、系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选运算模块，由于心音的频率范围是0～600Hz、肠音的频率范围是0～1500Hz、肺音的频率范围是100～1500Hz，得到的数字信号经过系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选核心运算模块的运算下经过FIR滤波模块把不在预设频率范围内的信号过滤掉，用于得到需要的数字信号；
所述FPGA控制模块的一侧依次电气连接有电源模块、采集模块和无线数据通信模块，电源模块为FPGA控制模块供电，将最终的数字信号，通过无线数据通信模块将所得数字信号传送给云数据模块，所述云数据模块包括用户模块、数据储存模块、数据处理模块和诊断模块，云数据模块将所得信号通过数据储存模块进行存储，数据处理模块将得到的数据进行整理，将每个数据得到了得到的信息进行处理，并将采集得到的多组数据进行叠加，找出心脏跳动频率、振幅、心内的定时周期、信号强度、可重复性和过去的病例分析供医疗人员参考；
所述诊断模块包括远程会诊模块、多方会诊模块和专家会诊模块，诊断模块中的远程会诊模块有利于充分利用医生资源，增加工作效率，多方会诊模块，可以通过云数据模块将心音信号传输给不同的医疗人员观察，有助于得到更准确的病患信息，方便医护人员的交流和学习，并将交流资料保存到数据储存模块，专家会诊模块能够在普通医生无法解决问题时进行求助，有助于对病情分析的更加透彻和医护人员的快速成长，所述阵列采集模块包括八个基于CMOS技术的硅麦克风传感器，体积小便于使用，其中两个硅麦克风传感器用于采集环境声音，另外六个硅麦克风用于采集人体声音，便于后期的除杂，所述用户模块为手机和电脑，为使用者提供良好的便利，所述FPGA控制模块和云数据模块通过多种通信方式连接，多种通信方式为蓝牙、ZigBee、WiFi和4G中的一种，方便信号的传输，所述电源模块为3.6v～4.2v的锂离子电池，能够多次充电使用，保护环境，解决了传统的听诊器无法辨别低振幅的高频声音的问题，经过除杂处理，达到了准确测量心音数据的目的，得到较为完整的心音数据，筛选出病灶位置，有利于医生高效准确的诊断，做到早发现早治疗，达到了多元化分析的目的，能够更加准确的得到医疗数据，有助于病人的治疗，同时能够使医护人员得到更好的学习，加快医护人员的成长。
本发明中，所述采集模块包括阵列采集模块，六个硅麦克风传感器贴附在胸腔处，检测监听人体内心脏的处的心音，其余两个硅麦克风传感器采集人体周围的环境声音，所述阵列采集模块的一端电气连接有运算放大模块，运算放大模块对采集的心音信号进行放大处理，防止处理模拟信号时发生失真导致微弱的心音数据丢失，所述运算放大模块的一端电气连接有陷波滤波模块，所述陷波滤波模块为60Hz陷波滤波器，通过60Hz陷波滤波器去除干扰，所述陷波滤波模块的一端电气连接有差分处理模块，差分处理模块用于将上述采集人体声音的六个硅麦克风传感器和环境声音的两个硅麦克风传感器所采集的声音信号进行差分处理，以得到人体的生物音，所述差分处理模块的一端电气连接有高通滤波模块，得到的电平信号经高通滤波模块消除低频噪声，所述高通滤波模块的一端电气连接有低通滤波模块，所述低通滤波模块的一端电气连接有ADC模块，所述低通滤波模块为两极点低通滤波器，两极点低通滤波器去除高频噪音，解决了传统的听诊器无法辨别低振幅的高频声音的问题，经过除杂处理，达到了准确测量心音数据的目的，得到较为完整的心音数据，筛选出病灶位置，有利于医生高效准确的诊断。
本发明中，所述用户模块包括病例分析模块、医疗咨询模块、科技讲座模块、系统升级模块和数据更新模块，用户模块中的病例分析模块，使用者通过手机或电脑查看类似的病例分析，便于对自身状况的了解，医疗咨询模块有利于使用者，在不明确自身状况时进行咨询，通过医护人员详细的进行了解，科技讲座模块能够让使用者学习更多的医疗知识，做到早预防，早治疗，系统升级模块将越来越完善系统的功能，数据更新模块对得到的医疗数据进行实时更新，进行互联互通的健康咨询信息共享系统，开展健康大数据的深度挖掘与应用。
本发明中，在心动周期中，心脏首先产生的电活动和电活动后导致心房和心室收缩，这反过来又迫使血液流动在心的各分庭之间和身体周围，开起和闭合的心脏瓣膜使血液流动与加速减速，并引起相关联的整个心脏结构(心音和杂音)振动，这种震动在胸壁内产生声响，使用时，电源模块为FPGA控制模块供电，FPGA控制模块控制六个硅麦克风传感器贴附在胸腔处，检测监听人体内心脏的处的心音，其余两个硅麦克风传感器采集人体周围的环境声音，运算放大模块对采集的心音信号进行放大处理，防止处理模拟信号时发生失真导致微弱的心音数据丢失，通过60Hz陷波滤波器去除干扰，差分处理模块用于将上述采集人体声音的六个硅麦克风传感器和环境声音的两个硅麦克风传感器所采集的声音信号进行差分处理，以得到人体的生物音，得到的电平信号经高通滤波模块消除低频噪声和两极点低通滤波器去除高频噪音，再经过ADC模块转化为数字信号，由于心音的频率范围是0～600Hz、肠音的频率范围是0～1500Hz、肺音的频率范围是100～1500Hz，得到的数字信号经过系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选核心运算模块的运算下经过FIR滤波模块把不在预设频率范围内的信号过滤掉，然后通过无线数据通信模块将所得数字信号传送给云数据模块，云数据模块将所得信号通过数据储存模块进行存储，数据处理模块将得到的数据进行整理，将每个数据得到了得到的信息进行处理，并将采集得到的多组数据进行叠加，找出心脏跳动频率、振幅和心内的定时周期与信号强度和可重复性和过去的病例分析供医疗人员参考，诊断模块中的远程会诊模块有利于充分利用医生资源，增加工作效率，多方会诊模块，可以通过云数据模块将心音信号传输给不同的医疗人员观察，有助于得到更准确的病患信息，方便医护人员的交流和学习，并将交流资料保存到数据储存模块，专家会诊模块能够在普通医生无法解决问题时进行求助，有助于对病情分析的更加透彻和医护人员的快速成长，云数据模块通过确诊病例的累积，不断自动修正并将修正后的结果反馈给医疗机构，通过医生对诊断数据的确认和修改，完成系统的自我升级完善，建立全民的人体器官音频频谱库等数字医疗解决方案，用户模块中的病例分析模块，使用者通过手机或电脑查看类似的病例分析，便于对自身状况的了解，医疗咨询模块有利于使用者，在不明确自身状况时进行咨询，通过医护人员详细的进行了解，科技讲座模块能够让使用者学习更多的医疗知识，做到早预防，早治疗，系统升级模块将越来越完善系统的功能，数据更新模块对得到的医疗数据进行实时更新，进行互联互通的健康咨询信息共享系统，开展健康大数据的深度挖掘与应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，包括控制并执行运算的FPGA控制模块和用于大数据分析的云数据模块，其特征在于：所述FPGA控制模块包括FIR滤波模块、系统主控制模块、FFT运算模块和频谱筛选运算模块，所述FPGA控制模块的一侧依次电气连接有电源模块、采集模块和无线数据通信模块，所述云数据模块包括用户模块、数据储存模块、数据处理模块和诊断模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述采集模块包括阵列采集模块，所述阵列采集模块的一端电气连接有运算放大模块，所述运算放大模块的一端电气连接有陷波滤波模块，所述陷波滤波模块的一端电气连接有差分处理模块，所述差分处理模块的一端电气连接有高通滤波模块，所述高通滤波模块的一端电气连接有低通滤波模块，所述低通滤波模块的一端电气连接有ADC模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述用户模块包括病例分析模块、医疗咨询模块、科技讲座模块、系统升级模块和数据更新模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述诊断模块包括远程会诊模块、多方会诊模块和专家会诊模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述阵列采集模块包括八个基于CMOS技术的硅麦克风传感器，其中两个硅麦克风传感器用于采集环境声音，另外六个硅麦克风用于采集人体声音。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述用户模块为手机和电脑。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述FPGA控制模块和云数据模块通过多种通信方式连接，多种通信方式为蓝牙、ZigBee、WiFi和4G中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述电源模块为3.6v～4.2v的锂离子电池。
9.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述陷波滤波模块为60Hz陷波滤波器。
10.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的八通道并联心音数据滤波系统，其特征在于，所述低通滤波模块为两极点低通滤波器。
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