[發明專利]基于PSoC處理器的心電信號采集系統及其采集方法

在審

• 申請號: 201611070707.5
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106725421A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉立勛;司玉娟;楊志烽;王瀚森;鄭成達
• 申請（專利權）人: 吉林大學珠海學院;吉林大學
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 俞梁清

技術領域

本發明涉及心電信號采集處理領域，特別是涉及基于PSoC處理器的心電信號采集系統及采集方法。

背景技術

心臟周圍的組織和體液都能導電，可將其看作一個容積導體，心肌細胞動作電位變化的總和可以傳導并反映到體表。在體表很多點之間存在著電位差，也有很多點彼此之間無電位差是等電位的。心臟在每個心動周期中，由起搏點、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，這些生物電的變化稱為心電。心電是人的生命體征信號之一，可以精準地反映出人在不同狀態下心臟活動的信息，它不僅為心臟功能的變化和心臟疾病的診斷，提供了一個很有價值意義的參考，還在生物身份識別技術上提供了一種新的身份驗證方式。心電信號是一種典型的非平穩微弱信號，幅值低，頻率低，所以在心電信號的提取過程中，極易受各種干擾。因此在采集心電信號時，需要進行去噪處理。目前的心電信號去噪相關技術，大多數基于FPGA實現心電去噪，雖然FPGA可以通過設計來實現軟核處理，但是設計難度大，而且功耗較大，難以在硬件上實施推廣。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明的目的是提供基于PSoC處理器的心電信號采集系統，本發明的另一目的是提供一種基于PSoC處理器的心電信號采集系統的采集方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

基于PSoC處理器的心電信號采集系統，包括PSoC處理器和用于采集心電信號的傳感器電極，所述PSoC處理器包括信號放大模塊、AD轉換模塊、數字去噪模塊和藍牙模塊，所述傳感器電極的輸出端依次通過信號放大模塊、AD轉換模塊和數字去噪模塊后與藍牙模塊的輸入端連接。

進一步，所述信號放大模塊采用由兩個運算放大器構成的同相模擬增益放大器。

進一步，所述AD轉換模塊采用Δ-∑ADC模塊。

進一步，所述數字去噪模塊包括：

分解子模塊，用于利用墨西哥帽小波變換對心電信號進行9層小波提升分解；

閾值計算子模塊，用于計算獲得分解后的各層系數的加權閾值；

去噪子模塊，用于對各層系數應用相應的加權閾值進行軟閾值去噪處理；

重構子模塊，用于對分解獲得的各層的信號從后往前進行重構。

本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是：

基于PSoC處理器的心電信號采集系統的采集方法，包括步驟：

采用傳感器電極采集原始心電信號；

將原始心電信號進行放大并進行AD轉換后得到數字心電信號；

對數字心電信號進行數字去噪處理；

將去噪后的心電信號通過藍牙通信方式進行傳輸。

進一步，所述對數字心電信號進行數字去噪處理的步驟，具體包括：

利用墨西哥帽小波變換對心電信號進行9層小波提升分解；

計算獲得分解后的各層系數的加權閾值；

對各層系數應用相應的加權閾值進行軟閾值去噪處理；

對分解獲得的各層的信號從后往前進行重構。

進一步，所述計算獲得分解后的各層系數的加權閾值的步驟，其具體為：

根據下式，依次計算獲得分解后的各層系數的加權閾值：

上式中，thr_k表示第k層系數的加權閾值，k＝1,2,3…，9，n表示信號的長度，σ表示噪聲強度，且其中，d(k)為提升分解后各層的細節系數，α_k為每層小波去噪閾值的權重系數。

進一步，所述對各層系數應用相應的加權閾值進行軟閾值去噪處理的步驟，其具體為：

將小波分解后的每一層的小波系數與加權閾值進行比對后，將小于加權閾值的小波系數進行置零。

進一步，所述對分解獲得的各層的信號從后往前進行重構的步驟，其具體為：

對分解獲得的各層的信號，從后往前進行小波系數的小波重構，最后獲得去噪后的數字心電信號。

本發明的有益效果是：本發明的基于PSoC處理器的心電信號采集系統，包括PSoC處理器和用于采集心電信號的傳感器電極，PSoC處理器包括信號放大模塊、AD轉換模塊、數字去噪模塊和藍牙模塊，傳感器電極的輸出端依次通過信號放大模塊、AD轉換模塊和數字去噪模塊后與藍牙模塊的輸入端連接。本心電信號采集系統設計難度低，功耗低，靈活性高，而且采集精確度高。