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基于ARM的远程心电监护平台的设计与实现

作　者: 晏晨伟
导　师: 刘雄飞
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 心电图数据采集无线传输数学形态学 R波检测心律失常分类支持向量机混合编程
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

心血管疾病一直威胁着人类的生命健康,心电图是诊断各种心脏疾病的重要依据。本文设计并实现了一个具有远程心电监护能力的软硬件平台；心电监护平台主要包括心电监护采集终端和心电监护中心,通过终端对心电数据的实时采集,存储并经无线网络传输至心电监护中心服务器上,最后调用心电图自动分析算法和软件实现心电数据的波形检测及心律失常心拍的识别分类。心电采集终端主要设计了用于采集心电信号的电路模块。在ARM11微处理器的硬件平台上进行了Linux嵌入式系统移植,并完成了Qtopia嵌入式图形应用环境下的心电检测应用软件的开发,实现了对心电信号的采集、显示及存储功能。此外,使用套接字网络编程方法实现了终端与监护中心的无线网络数据传输：终端可通过无线传输WIFI模块,连接无线网络中的监护中心计算机,进行TCP/IP协议下的文件传输。构建心电监护中心上的心电分析软件平台,主要研究了基于数学形态学及支持向量机的心电图检测及心率失常识别的有效算法。在数学形态学基础上,结合心电图自身特点提出了一种顺序极大值筛选法来提取R波峰；最后选择径向基(Radial Basis Function)支持向量机进行识别分类。在Matlab环境使用MIT-BIH心电数据库及libsvm工具箱对算法进行了实验仿真,取得了较好的检测定位和识别分类效果(准确率分别为99.37%和99.75%)。算法可用于心率变化、及包含不同类型心拍的心电图检测。通过MATCOM实现MATLAB与C++的混合编程,在VC++下设计开发了可移植和发行的心电图自动分析软件包。软件包嵌入了MATLAB实现的心电图检测及分类算法,可用于对大量心电数据的人工和计算机辅助诊断。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 心电监护系统的发展及现状  9-13
    1.2.1 传统的心电检测及监护方法  10
    1.2.2 基于电话线传输的心电监护系统  10-11
    1.2.3 基于串口及Internet以太网传输的心电监护系统  11
    1.2.4 基于GSM短信业务的心电监护系统  11
    1.2.5 基于无线网络的心电监护系统  11-13
  1.3 心电图自动分析技术的研究现状  13-14
  1.4 本课题的研究意义和目的  14
  1.5 本文的内容和章节安排  14-15
2 基于ARM硬件平台的心电监护终端设计  15-36
  2.1 远程心电监护平台的整体设计方案  15-17
    2.1.1 心电图基本特征  15
    2.1.2 系统整体设计方案及各模块功能介绍  15-17
  2.2 ARM硬件开发平台及功能概述  17-18
  2.3 采集电路模块设计  18-23
    2.3.1 电路整体设计思路  18
    2.3.2 各信号调理电路模块设计  18-21
    2.3.3 电路仿真及实际调试  21-23
  2.4 嵌入式系统开发流程  23-25
    2.4.1 嵌入式系统特点  23
    2.4.2 嵌入式系统的开发及移植过程  23-25
  2.5 基于Linux及Qtopia的嵌入式GUI设计及应用软件开发  25-35
    2.5.1 Qt图形界面库  25
    2.5.2 Qtopia2.2.0嵌入式应用环境的搭建  25-27
    2.5.3 Qt类及信号槽机制  27-28
    2.5.4 用于心电采集的嵌入式应用软件设计  28-32
    2.5.5 数据传输应用软件设计  32-35
  2.6 本章小结  35-36
3 心电图自动分析算法研究  36-44
  3.1 基本原理  36-39
    3.1.1 数学形态学用于R波定位基本原理  36-37
    3.1.2 顺序极大值筛选法  37-38
    3.1.3 支持向量机分类原理  38-39
  3.2 基于数学形态学及支持向量机的心率失常识别算法仿真  39-43
    3.2.1 MIT-BIH心电数据库  39-40
    3.2.2 MATLAB支持向量机工具箱libsvm  40-41
    3.2.3 算法流程及仿真结果分析  41-43
  3.3 本章小结  43-44
4 心电监护服务器软件设计  44-54
  4.1 Windows平台下的应用软件开发原理  44-45
    4.1.1 Windows程序编程方法及Windows内部消息处理机制  44-45
    4.1.2 VC及MFC简介  45
  4.2 基于MATCOM的C++及MATLAB混合编程方法  45-47
    4.2.1 MATLAB特点  45-46
    4.2.2 MATCOM工具介绍  46
    4.2.3 MATCOM安装  46
    4.2.4 MATCOM混合编程的基本方法  46-47
  4.3 用于心率失常识别的软件包开发  47-53
    4.3.1 VC++下的图形界面设计及布局  47-49
    4.3.2 添加和编写不同消息的响应函数  49-51
    4.3.3 编译调试、并生成可发行版本的应用程序  51-52
    4.3.4 心电图分析软件包的功能说明及使用方法  52-53
  4.4 本章小结  53-54
5 总结与展望  54-56
  5.1 总结  54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-61
攻读学位期间主要的研究成果目录  61-62
致谢  62

基于ARM的远程心电监护平台的设计与实现

内容摘要

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