CN215017832U - 基于fpga的心音心电信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物医学信号的采集领域。本实用新型所述的基于FPGA的心音心电信号采集装置由心音传感器101、电极片102、心电放大模块103、模数转换器104、FPGA最小系统105、LCD显示屏106和蓝牙107构成，所述的电极片102为三片，通过导联线与心电放大模块103连接，心电放大模块103选用AD8232模块，模数转换器104选用AD7606模块，模数转换器104的两个输入端0和1分别与心电放大模块103的输出端和心音传感器101的输出端相连接，FPGA最小系统105的输入端通过SPI总线与模数转换器104的输出端连接并通信，FPGA最小系统105通过8080总线与LCD显示屏106连接，通过蓝牙开关108与蓝牙107连接。

Description

基于FPGA的心音心电信号采集装置

技术领域

本实用新型属于生物医学信号的采集领域，具体涉及一种用互联网+AI技术和FPGA边缘计算的心音心电信号采集装置。

背景技术

目前，公知先天性心脏病以及其它多种心血管疾病的临床检查和初诊，任然需要心血管病专家通过心脏听诊手段进行筛查，查出疑似病人之后，再行“超声心动图仪”等医学影像设备进行复查确诊。这需要有经验的心脏科医生，需要大量的人力、物力和财力，且设备体积庞大、价格昂贵、需要专业人员操作，难以在乡镇卫生院进行普及，尤其是对于贫困山区、医疗条件落后的基层乡镇卫生院，不具条件能及时筛查发现先心病及相关心血管疾病患者并及时进行医疗干预。本发明的心音与心电图实时采集，并通过设备本身的机器辅助诊断，还可以通过蓝牙模块将采集到的心音、心电数据发送到手机等智能移动终端，并远传到云端做深入分析。能辅助基层医生，实施先心病及相关心血管疾病的初诊检查，提高筛查准确率。

中国专利申请号201921929240.4公开了一种基于微控制器STM32的心音信号无线采集系统，该系统包括心音传感器模块、STM32模块、AD7606模块和蓝牙模块。通过AD7606模块对来自心音传感器的模拟信号进行采样，再将采样值通过蓝牙装置无线传送给手机移动端，在手机移动端实现了数据的可视化。但该设备需要在网络环境下运行，没有实现无网辅助诊断，也不能采集心电数据。

中国专利申请号201120467794.4公开了一种“心脏传感智能物联监护系统”，所解决的现有心脏监护装置实用性差的技术问题。该系统包括服务器和移动监护装置；所述服务器接入互联网；所述移动监护装置包括单片机、GPS定位模块、无线通信模块，及用于监测人体心音信号的心音采集器；该系统适用于网络较好的地区的心脏疾病患者的监护，不适合使用在偏远山区的无网地带，不能监测用户的心电数据。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种实现在无互联网络的地区可进行心音、心电数据采集的基于FPGA的心音心电信号采集装置。

为了达到上述的技术效果，本实用新型所述的基于FPGA的心音心电信号采集装置由心音传感器、电极片、心电放大模块、模数转换器、FPGA最小系统、LCD显示屏和蓝牙构成，所述的电极片为三片，通过导联线与心电放大模块连接，心电放大模块选用AD8232模块，模数转换器选用AD7606模块，模数转换器的两个输入端0和1分别与心电放大模块的输出端和心音传感器的输出端相连接，FPGA最小系统的输入端通过SPI总线与模数转换器的输出端连接并通信，FPGA最小系统通过8080总线与LCD显示屏连接，通过蓝牙开关与蓝牙连接。

所述的电极片也可以使用电极夹或电极吸盘代替。

本实用新型所述的基于FPGA的心音心电采集装置得到的心电图为单导联心电图，三片电极片分别通过导联线连接至AD8232模块，AD8232的输出端与AD7606模块的输入端0相连。心音传感器通过音频线与AD7606模块输入端1相连，AD7606模块同步采样心电模拟信号和心音模拟信号，并将采样得到的数字信号通过SPI协议传输给FPGA最小系统，FPGA最小系统将数据暂存到自带的SDRAM中，待数据采集完毕之后，通过FPGA最小系统内置自带的分类算法分析心音心电数据，LCD显示屏将数字信号从SDRAM中读取，LCD屏对数据进行实时的波形显示。FPGA最小系统也可以通过DMA将SDRAM中的数据写入外接的SD卡中保存。也可通过蓝牙将数据无线上传到智能移动终端(智能手机、PAD、平板电脑等)，智能移动终端可将心音信号通过互联网发送到云端进行远程分析处理，并接收云端的分析结果，显示在智能移动终端。

本实用新型采用了SOPC(片上可编程系统)技术，SOPC是一种在FPGA芯片中搭建软核NIOS II嵌入式系统的技术，该技术在不同的FPGA之间的通用性较强。

本实用新型所采用的电极片、心音传感器模块，心电放大模块AD8232、LCD显示屏模块、FPGA最小系统和AD7606模数转换模块、蓝牙模块以及智能终端为现有技术，所述的模块均为本领域的常规电路，有市售。

本实用新型克服了现有先天性心脏病以及其他心脏病的辅助诊断设备成本昂贵、体积庞大、使用不便、需要网络、不便用于初诊等缺点，且该设备不仅可以在有网地区使用、也可以在无网地区进行普及，实现在无互联网络的地区进行心音、心电数据采集并对先心病等心血管疾病的机器辅助诊断(边缘计算)；在有互联网地区可以通过云计算或者边缘计算实现上述疾病的机器辅助诊断。本实用新型使用简单，且其成本远远低于“超声心动图仪”，适合在医疗机构、尤其是在乡镇医院、农村卫生院等医生水平不高的地区推广使用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型系统示意框图。

图3电极片放置示意图。

图4心音传感器放置示意图。

图中：101-心音传感器，102-电极片，103-心电放大模块，104-模数转换器，105-FPGA最小系统，106-LCD显示屏，107-蓝牙，108-蓝牙开关，109-系统开关，110-系统电源指示灯，111-心电放大模块状态指示灯，112-蓝牙状态指示灯，113-模数转换器电源指示灯，M-二尖瓣听诊区，E-主动脉瓣第二听诊区，P-肺动脉瓣听诊区，A-主动脉瓣听诊区，T-三尖瓣听诊区。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型的装置结构示意图，电极片102最好采用三种不同的颜色，在使用时按照图3所示的位置进行放置。由于心电信号属于微弱生物电，所以务必确保电极片贴于正确的位置，否则将检测不到正常的心电信号。心音传感器101在使用时按照图4所示的1_M、2_E、3_P、4_A和5_T依次顺序放置，系统调用了系统时钟Timer IP实现了每个位置采集20s后自动调至下一采集点，使用者只需将心音传感器放置相应的位置即可。

如图1所示的装置结构示意图，电极片102通过导联线与AD8232模块103的输入端相连，AD8232模块103的输出端与心音传感器101分别连接到AD7606模块104的输入端0和1。模数转换器104为AD7606，实际上模数转换器104也可以采用其它AD系列的。

AD8232模块可以实现在具有运动或因电极放置产生的噪声的情况下提取、放大以及过滤微弱的生物电信号，将生物电信号放大为0-+5v的模拟电压。AD7606模块实现了对心电心音两个模拟信号进行采样，并将采样得到的数字信号通过SPI通信协议传输送给上位机FPGA。

如图2所示，FPGA最小系统105采用了SOPC技术使用NIOS II作为系统的CPU，使用片外SDRAM作为系统的运行内存同时为LCD显示波形提供数据。调用了altera公司uart串口IP，NIOS II CPU高速软核IP。除此之外还使用了SDRAM_controller、sysid_qsys、PLL和Timer IP核。本实用新型是在原ALTERA公司设计的Cyclone芯片上实现，在采集信号时，每一个采集点采集完20s后自动跳至下一采集点。FPGA装有分析算法，FPGA与LCD之间使用8080总线接口进行通信，LCD屏带有触摸功能。LCD屏实现了两个波形的同步显示和人机交互功能，波形显示分为上下两个部分分别显示心电和心音波形，LCD屏有四个按钮分别为开始记录、波形预览、退出和分析，分别实现了记录波形数据、数据预览、数据分析和退出采集界面的功能。系统采集得到的数据可通过蓝牙107将数据上传至智能移动终端，智能终端可以将数据上传到云端进行数据的处理和分析并将分析结果显示在智能终端。系统也可对数据进行本地计算，并将分析结果显示在LCD屏上。蓝牙107采用JDY-31。

心电放大模块103、模数转换器104、FPGA最小系统105均带有指示灯。

Claims (2)

1.一种基于FPGA的心音心电信号采集装置，其特征在于由心音传感器(101)、电极片(102)、心电放大模块(103)、模数转换器(104)、FPGA最小系统(105)、LCD显示屏(106)和蓝牙(107)构成，所述的电极片(102)为三片，通过导联线与心电放大模块(103)连接，心电放大模块(103)选用AD8232模块，模数转换器(104)选用AD7606模块，模数转换器(104)的两个输入端0和1分别与心电放大模块(103)的输出端和心音传感器(101)的输出端相连接，FPGA最小系统(105)的输入端通过SPI总线与模数转换器(104)的输出端连接并通信，FPGA最小系统(105)通过8080总线与LCD显示屏(106)连接，通过蓝牙开关(108)与蓝牙(107)连接。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的心音心电信号采集装置，其特征在于所述的电极片(102)是电极夹或电极吸盘。

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