小型化心电图仪的系统构建与滤波算法设计
摘要
本课题提出的“小型化标准12导联心电图仪”，是一款手持式、低功耗、低成本，但功能完善的心电图设备。该心电图仪按功能分为主控、采集、处理和显示三大模块，其核心采用三星电子的S3C2410A ARM芯片，以Windows CE 5.0作为操作系统平台。
本文着重论述了Windows CE 5.0嵌入式操作系统的构建过程以及心电图噪声滤波算法的实现与比较。其中在系统构建方面主要描述了Windows CE 5.0操作系统平台下的Boot Loader、OAL的开发和移植，显示驱动、触摸屏驱动的开发与移植。
在滤波算法方面，由于考虑到系统的资源的有限，而且心电图数据的显示与绘制会占用较多的CPU与内存资源，为了能处理来自12导联的心电图数据，心电图的滤波算法应该主要以效率高、实时性为目标。本课题实现的滤波算法中是基于自适应模板的滤波器，利用Matlab对实际的心电图数据进行了算法的测试，通过分析与比较该滤波器对心电图滤波后的结果，发现它的滤波效果基本能满足实际的应用需要，最重要的是它的计算量非常小，执行效率很高，完全能够满足实时滤波的需求。
The "miniaturized standard 12 leads ECG device" advanced in this subject is a handheld ECG device which is low-power,low-cost and has whole basic functions. This ECG device includes controlling module, gathering module and display module by functions. It's kernel uses the Samsung 2410A ARM microprocessor and takes Windows CE as it's operating system .
This paper emphasize the construction procedure of Windows CE 5.0 embeded operating system and the design and realization of ECG noises filter. The construction procedure includes developing and implanting Windows CE 5.0 Boot Loader and OAL,developing and implanting display driver and touch screen driver.
From the system view, There is limited system resource, and the displaying and drawing of ECG data need a lot of CPU and memory resources, therefore the main object of the filter is how to process the data from 12 leads in real-time. This subject realizes a filter based on Integer Coefficients digital filter and tests it by ECG data in Matlab. This filter is found be able to satisfy the requirement of practical application after analysizing and comparing the filtered result, And the most important thing is this filter need few calculations and is very efficient. It is suitable for real-time filtering.
本文着重论述了Windows CE 5.0嵌入式操作系统的构建过程以及心电图噪声滤波算法的实现与比较。其中在系统构建方面主要描述了Windows CE 5.0操作系统平台下的Boot Loader、OAL的开发和移植，显示驱动、触摸屏驱动的开发与移植。
在滤波算法方面，由于考虑到系统的资源的有限，而且心电图数据的显示与绘制会占用较多的CPU与内存资源，为了能处理来自12导联的心电图数据，心电图的滤波算法应该主要以效率高、实时性为目标。本课题实现的滤波算法中是基于自适应模板的滤波器，利用Matlab对实际的心电图数据进行了算法的测试，通过分析与比较该滤波器对心电图滤波后的结果，发现它的滤波效果基本能满足实际的应用需要，最重要的是它的计算量非常小，执行效率很高，完全能够满足实时滤波的需求。
The "miniaturized standard 12 leads ECG device" advanced in this subject is a handheld ECG device which is low-power,low-cost and has whole basic functions. This ECG device includes controlling module, gathering module and display module by functions. It's kernel uses the Samsung 2410A ARM microprocessor and takes Windows CE as it's operating system .
This paper emphasize the construction procedure of Windows CE 5.0 embeded operating system and the design and realization of ECG noises filter. The construction procedure includes developing and implanting Windows CE 5.0 Boot Loader and OAL,developing and implanting display driver and touch screen driver.
From the system view, There is limited system resource, and the displaying and drawing of ECG data need a lot of CPU and memory resources, therefore the main object of the filter is how to process the data from 12 leads in real-time. This subject realizes a filter based on Integer Coefficients digital filter and tests it by ECG data in Matlab. This filter is found be able to satisfy the requirement of practical application after analysizing and comparing the filtered result, And the most important thing is this filter need few calculations and is very efficient. It is suitable for real-time filtering.
引文
[1] 郭继鸿，张萍．动态心电图学[M]．北京：人民卫生出版社，2003
[2] 宁新宝．生物医学电子学[M]．长沙：湖南科学技术出版社，1985
[3] 陈连坤．嵌入式系统的设计与开发[M]．北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005
[4] 奥尔斯电子科技有限公司．OURS2410产品说明．www．ourselec．com
[5] SAMSUNG Electronics. S3C2410X User's Manual.rev1.2. www.samsungsemi.com
[6] SAMSUNG Electronics. K4S561632C Data Sheet rev04, www.samsungsemi.com
[7] SAMSUNG Electronics. KgF1208x0b Data Sheet rev03, www.samsungsemi.com
[8] SHARP Microelectronics. LQ035QTDB02 TFT LCD Module. www.sharpsma.com
[9] Willis J．TompKins．林家瑞 徐邦荃 等译．武汉，华中科技大学出版社，2001．11
[10] 胡广书．数字信号处理——理论、算法与实现(第二版)．北京，清华大学出版社，2003．8
[11] Richard G Lyons．数字信号处理．北京，机械工业出版社，2005．1
[12] 何宗健．Windows CE嵌入式系统．北京，北京航天航空大学出版社，2006．9
[13] Sanjit K．Mitra．数字信号处理—基于计算机的方案．北京，清华大学出版社，2006．10
[14] 张冬泉，谭南林，王雪梅等．Windows CE实用开发技术．北京，电子工业出版社，2006．4
[15] 李刚，刘巍，虞启琏，马建英，于学敏．抑制工频干扰及基线漂移的快速算法．中国生物医学工程学报．2000年3月．第19卷第1期．
[16] 王林泓，杨浩．心电信号中滤波器设计的研究．北京生物医学工程．2002年9月．第21卷第3期．
[17] 蔡坤，陆尧胜．基于中值滤波的心电基线矫正方法的研究．医疗设备信息．2004年2月．第19卷第2期．
[18] 邢国泉．自适应滤波器在ECG信号除噪中的应用．北京生物医学工程．2005年6月．第24卷第3期．
[19] 张跃，周炳坤，刘文煌．医用PDA心电实时监护软件系统的设计与实现．计算机应用．2006年12月．第26卷．
[20]王镇，蔡萍．用于去除心电信号中工频干扰数字滤波技术．电子测量技术．2000年．第2期
[2] 宁新宝．生物医学电子学[M]．长沙：湖南科学技术出版社，1985
[3] 陈连坤．嵌入式系统的设计与开发[M]．北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005
[4] 奥尔斯电子科技有限公司．OURS2410产品说明．www．ourselec．com
[5] SAMSUNG Electronics. S3C2410X User's Manual.rev1.2. www.samsungsemi.com
[6] SAMSUNG Electronics. K4S561632C Data Sheet rev04, www.samsungsemi.com
[7] SAMSUNG Electronics. KgF1208x0b Data Sheet rev03, www.samsungsemi.com
[8] SHARP Microelectronics. LQ035QTDB02 TFT LCD Module. www.sharpsma.com
[9] Willis J．TompKins．林家瑞 徐邦荃 等译．武汉，华中科技大学出版社，2001．11
[10] 胡广书．数字信号处理——理论、算法与实现(第二版)．北京，清华大学出版社，2003．8
[11] Richard G Lyons．数字信号处理．北京，机械工业出版社，2005．1
[12] 何宗健．Windows CE嵌入式系统．北京，北京航天航空大学出版社，2006．9
[13] Sanjit K．Mitra．数字信号处理—基于计算机的方案．北京，清华大学出版社，2006．10
[14] 张冬泉，谭南林，王雪梅等．Windows CE实用开发技术．北京，电子工业出版社，2006．4
[15] 李刚，刘巍，虞启琏，马建英，于学敏．抑制工频干扰及基线漂移的快速算法．中国生物医学工程学报．2000年3月．第19卷第1期．
[16] 王林泓，杨浩．心电信号中滤波器设计的研究．北京生物医学工程．2002年9月．第21卷第3期．
[17] 蔡坤，陆尧胜．基于中值滤波的心电基线矫正方法的研究．医疗设备信息．2004年2月．第19卷第2期．
[18] 邢国泉．自适应滤波器在ECG信号除噪中的应用．北京生物医学工程．2005年6月．第24卷第3期．
[19] 张跃，周炳坤，刘文煌．医用PDA心电实时监护软件系统的设计与实现．计算机应用．2006年12月．第26卷．
[20]王镇，蔡萍．用于去除心电信号中工频干扰数字滤波技术．电子测量技术．2000年．第2期