DSP在医学仪器中的应用实例ExamplesofDSPintheuseof.ppt

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1、DSP在医学仪器中的应用实例ExamplesofDSPintheuseofmedicalinstrumentdesign咸宁学院生物医学工程系刘毅飞在医学领域，往往要求测量与分析相结合，同时进行实时性诊断和处理，尤其是在救护病人时的监护和病人家庭监护等场合。这就要求智能医学仪器不仅能监视信号，还能进行信号分析与判断。于是数字信号处理器DSP(信号分析与判断)在医学仪器领域有广阔应用。消费及便携式医疗：血压监测仪心率监测仪血液分析仪数字体温计脉搏血氧测定仪(PulseOxymetry)便携式医疗产品诊断、患者监控及治疗:心电图(ECG)脑电图(EEG)血氧量(脉搏血氧测定)通气/呼吸去纤颤器医

2、疗成像超声波(Ultrasound)计算体层成像(ComputedTomography，简称CT)核磁共振成像(MRI)数字式X光正电子放射层析成像(PET)扫描仪医疗仪器医疗仪器在当今具有多种不同的应用。典型的应用包括了用于医疗实验室的仪器、用于体外诊断的分析仪器、临床外科仪器以及口腔相关设备。1.由DSP构成的一种便携式医学信号实时测量与分析仪器系统由TMS320C25控制，可直接完成双通道的高速数据采集、实时进行频谱分析、并利用图形LCD对测量与分析结果进行监视，需要时还可以用DMA方式与PC机联机通讯，将结果存盘待进一步分析与处理。系统框图基本软件支持该仪器的基本软件有：功能选择驱动

3、程序、键扫描分析程序、显示驱动程序、图形打印程度、高速数据采样与谱分析程序（包括FFT、相关分析、功率谱、例谱、窗函数、卷积等），与PC机的通讯程序以及专门应时程序（实时频谱监、双通道数据采集、测量血液流速程序等）。软件关系图2.用TMS32010芯片实现胎儿心电信号的提取胎儿监护及产期监护是妇产科中的一项重要措施。目前国内外用的最广泛的是超声多普勒胎儿监护。存在问题：腹部心电信号拾取方便，但信噪比低，特别是母体心电比胎儿心电强10~20倍，胎儿心电常为噪声淹没。时域中，胎儿心电约有10%~30%和母体心电融合；频域中，胎儿心电频谱与母体心电频谱大部分重合。解决办法:自适应滤波技术自适应噪声

4、抵消方法消除母体心电信号原理自适应噪声抵消方法的实质是把从母体胸部取出的心电信号经自适应滤波后，使其输出y逼近m，从而抵消掉腹部信号中的m1，于是获得胎儿心电信号估值f。电路前置级设计要点生物电放大器的前置级,必须具有高输入阻抗、高共模抑制比和低噪声低漂移的性能。同时考虑自适应噪声抵消算法的特点，两路放大器越对称越简单越好，这样可以减弱因硬件自身噪声抵消算法带来的影响电路前置放大器DSP部分的电路设计总体程序框图实验室测试3.基于MSP430的心电Holter设计注意事项大的直流偏移和多种干扰信号ECG内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同：优化功耗和模拟前端的PCB面积对于便携式ECG

5、而言非常关键。基于MSP430的Holter功能模块概述系统以超低功耗微型控制器MSP430FG439为处理核心，并且该芯片集成了前端所需的OPA和A/D模块，为达到系统的超低功耗目标提供了必备条件，其系统功能如下：实现人体心电信号的采集、滤噪及放大；实现心电信号的长时间连续记录；LCD液晶屏显示心率；系统集成有串口，JTAG，方便系统调试。系统功能模块图系统结构组成：ECG前端：采用仪表放大器INA321对采集的心电信号进行放大，放大倍数为5倍。电源管理：采用3V的锂电池供电。时钟模块：由32.768KHz的晶振产生ACLK为系统时钟源。系统调试：采样的心电信号可通过RS232在PC上显示

6、。超低功耗微型控制器MSP430FG439，其内部集成了综合运算放大器OPA、A/D转换等模块，USRAT，JTAG等接口，如MSP430FG43X系列功能结构图所示：低工作电压：3V；应用MSP430FG439内部的OPA对ECG前端输入的心电信号进行100放大，心电共放大倍数Gain＝5×100，再对其进行12位的A/D转换；MSP430FG439的运算放大器外接电阻和电容配置低通、高通滤波器，带宽约为1.6Hz-34Hz；计算心电信号的心率，并通过LCD驱动模块驱动LCD显示心率；MSP430FG439集成USART端口，系统设置该端口为UART模式。MSP430FG43X系列功能结构

7、图系统工作流程图基于MSP430的Holter前端信号采集：本系统信号采用两个正方形金属片作为左右手接触电极，采集人体心电信号。前端放大心电信号心电是体表的弱信号，大概在0.1-5mv之间，频率范围大概在0.1-100Hz之间。信号采集首先需要将心电放大到cmos电平。心电信号放大心电信号采集一般采用两级放大。第一级差分放大，大概放大5倍。然后滤波后第二级放大，大概放大100倍。Holter前端电路前端放大电