远程医疗中心信号处理平台的设计与实现

论文摘要

当今社会人口老龄化日趋严重,对患有各种慢性疾病、残疾、老年病患者的老年人的健康护理成为许多家庭的沉重负担。即使对那些独自生活,行动自如的健康老人来说,在遇到紧急情况需要社会帮助时,也存在一定的困难。因此解决老年人的健康护理问题迫在眉睫。远程监护,相对于传统的住院观察,给予患者更大的活动自由,不影响老龄人口的正常生活,价格低廉,是一个很好的解决方案。本课题提出了一个新型穿戴式远程生理参数监护系统,它主要由用户的穿戴式监护终端和远程医疗监控中心构成,二者使用GPRS网络进行通讯。监护终端由ARM控制器控制多个数据采集模块进行多路生理信号采集(心电、血压、体温等);远程医疗监控中心是由LabVIEW开发环境设计开发中心服务器端的监控软件,实现实时数据的接收、显示与存储等功能,并利用和控制DSP处理器完成实时的数据处理。这个方案的主要特点是:首先,使用了GPRS无线通信网络作为穿戴式终端与中心的数据交换通道,克服了传统的有线传输或医院内部射频传输的弊端,使远程监护有较广的覆盖范围和可靠的数据传输通道;其次,使用了虚拟仪器技术实现中心服务器的软件设计,并引入高性能的DSP处理器构建远程医疗中心信号处理平台对本地生理信号进行处理,给医院以及医护人员及时的信息反馈和危险预警。本论文详细介绍了远程医疗中心信号处理平台的设计与实现方法,以及远程医疗中心监控软件和在远程医疗中心信号处理平台的DSP处理器上运行的ECG信号处理软件的设计和编程实现过程。本课题选用TI公司的TMS320C6416T定点DSP处理器,它运行速度快,实时性能好,计算能力强,非常适合于生理信号的数据处理。远程医疗中心监控软件的具体功能包括生理信号的接收模块、实时显示模块、信号监控报警模块、医学数据库操作模块、中心信号处理器控制模块。信号处理软件的具体功能模块为一个基于LADT、小波变换、阈值检测的ECG信号R波的识别和定位算法。试验结果表明,本文所设计的远程医疗中心监控软件能实时的接收和显示采集到的多参数生理信号并实现医学数据库的数字管理,同时远程医疗中心信号处理平台能高效、准确地运行ECG信号处理算法并通过中心监控软件将结果反馈给医护人员。本文为使用通用DSP器件进行医学信号处理提供了一个成功范例。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 远程医疗中心信号处理平台的总体设计
• 2.1 远程医疗中心的总体结构框架
• 2.1.1 远程医疗中心监控软件功能结构
• 2.1.2 远程医疗中心信号处理平台功能结构
• 2.2 系统实时性检测
• 2.3 ECG 信号检测处理
• 3 ECG 信号硬件处理平台的构建
• 3.1 DSP 芯片性能特点
• 3.2 TM5320C6416T DSP 处理器简介
• 3.2.1 TM5320C6416T DSP 的性能参数
• 3.3 DSP 处理器的软件开发方法
• 3.4 DSP 与中心服务器的数据交换方式
• 3.4.1 PCI 总线
• 3.4.2 PCI 中断共享的实现
• 3.5 信号处理平台各系统模块的程序设计
• 3.5.1 系统初始化模块
• 3.5.2 主机API 函数控制模块
• 3.6 本章小结
• 4 远程医疗监控中心系统软件设计
• 4.1 虚拟仪器概述
• 4.1.1 虚拟仪器技术的概念
• 4.1.2 虚拟仪器技术的特点及核心
• 4.2 虚拟仪器软件开发平台－LabVIEW
• 4.2.1 LabVIEW 编程语言的特点
• 4.2.2 LabVIEW 语言结构介绍
• 4.2.3 LabVIEW 语言的编程方法
• 4.3 软件系统的主程序结构和前面板界面
• 4.4 各部分模块子程序设计原理
• 4.4.1 用户登录模块
• 4.4.2 数据接收模块
• 4.4.3 数据显示模块
• 4.4.4 数据存储与回放模块
• 4.4.5 诊断报警模块
• 4.4.6 时间校准模块
• 4.4.7 设备驱动模块
• 4.5 本章小结
• 5 心电信号算法研究及 DSP 设计实现
• 5.1 心电信号特征分析
• 5.2 基于改进的快速LADT 和小波变换的QRS 波检测算法概述
• 5.2.1 LADT 原理与改进的快速LADT 算法
• 5.2.2 小波变换基本原理
• 5.2.3 ECG 信号R 波检测算法的设计实现
• 5.3 ECG 信号R 波检测算法在DSP 上的实现
• 5.3.1 ECG 信号R 波检测算法的程序实现与仿真
• 5.3.2 ECG 信号R 波检测算法程序到DSP 代码的实现
• 5.4 本章小结
• 6 系统测试结果
• 6.1 中心系统软件程序功能测试
• 6.1.1 接收显示模块
• 6.1.2 数据存储与回放模块
• 6.1.3 时间校准模块
• 6.2 信号处理平台与中心控制软件通信测试
• 6.3 信号处理算法在信号处理平台上的测试结果
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• 附录B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录