目次
1. アルゴリズム操作レンダリングのプレビュー
2.アルゴリズム実行ソフトウェアバージョン
ビバド2019.2
マットラボ2022a
3. いくつかのコアプログラム
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/09/05 04:23:51
// Design Name:
// Module Name: tops
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module tops(
input i_clk,
input i_rst,
output signed[11:0]o_data,
output signed[15:0]o_pv2_1,
output signed[15:0]o_pv2_2,
output signed[15:0]o_pv2_3,
output signed[15:0]o_pv2_4,
output o_syn,
output signed[31:0]o_heartrate,
output signed[15:0]o_heartcnt
);
//调用心率数据
ECG_data ECG_data_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.o_data(o_data)
);
// ECG峰值检测模块find_heart_max的实例化，用于检测ECG信号的峰值信息
//ECG峰值检测
find_heart_max find_heart_max_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_lvl (16'd500), // 阈值设定为500，此处需要确认该数值的单位和范围是否正确
.i_peak ({o_data[11],o_data[11],o_data[11],o_data[11],o_data}), // 将ECG数据打包成5个11位的信号作为输入峰值信号
.o_pv2_1 (o_pv2_1), // 输出的第1峰值电压值
.o_pv2_2 (o_pv2_2), // 输出的第2峰值电压值
.o_pv2_3 (o_pv2_3), // 输出的第3峰值电压值
.o_pv2_4 (o_pv2_4), // 输出的第4峰值电压值
.o_idx_1 (),
.o_delay_cnt(),
.o_syn (o_syn), // 同步信号，用于控制心率计算模块的工作时序
.curr_state (),
.cnten (),
.cnt0 (),
.cnt1 (),
.cnt2 (),
.cnt3 (),
.cnt4 (),
.max_1 (),
.max_2 (),
.max_3 (),
.max_4 ()
);
//根据峰值位置计算近似心率
//计算心率
heart_rate heart_rate_u(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_heart (o_syn),
.o_heartrate(o_heartrate),
.o_heartcnt (o_heartcnt)
);
endmodule
00584. アルゴリズム理論の概要
心電図 (ECG) は、心臓の電気活動を監視するために医療診断で広く使用されている技術です。医療技術の発展に伴い、FPGA (Field Programmable Gate Array) をベースとした ECG 信号処理システムがますます注目を集めています。このシステムは、高いリアルタイム性、高い信頼性、低消費電力という利点を備えており、現代の医療機器のニーズを満たすことができます。この記事では、FPGAに基づくECG信号のピーク検出と心拍数計算の原理、公式、実装プロセスを含む方法を詳しく紹介します。
ECG 信号は、心臓の電気活動を反映する生体電気信号です。ECG 信号では、ピーク点は心室脱分極中の最大電圧に対応します。これは ECG 信号を分析するための重要な特徴の 1 つです。ECG 信号のピーク点を検出することにより、心拍の開始瞬間と終了瞬間を特定し、心拍数を計算できます。
FPGA ベースの ECG 信号のピーク検出と心拍数の計算方法には、主に次の手順が含まれます。
- ECG 信号の前処理: ECG 信号にはノイズやその他の干渉が存在するため、その後のピーク検出と心拍数の計算のために信号を前処理する必要があります。前処理方法には、フィルタリング、増幅、ベースラインドリフト除去などがあります。
- ピーク検出: 前処理された ECG 信号において、特定のアルゴリズムを通じてピーク点が検出されます。一般的に使用されるピーク検出アルゴリズムには、しきい値法、勾配法、最大法などがあります。
- 心拍数の計算: 検出されたピーク点を通じて心拍数を計算します。一般的に使用される心拍数の計算方法には、周期法、周波数法、瞬間心拍数法などがあります。
ピーク検出と心拍数計算のプロセスでは、次のような式が使用されます。
閾値法：閾値を設定し、心電図信号の振幅が閾値を超えた点をピーク点とみなします。閾値は実験的または経験的に決定できます。
スロープ法：隣接するサンプリング点の電圧値の差を計算し、一定の閾値以上の差がある点をピーク点とみなします。
最大値法: ECG 信号では、通常、ピーク点は極大点でもあります。したがって、現在のサンプリング点と隣接するサンプリング点の電圧値を比較することで、最大値点をピーク点とみなすことができます。
心拍数の計算：検出されたピーク点の時間間隔と心拍周期の関係に基づいて、心拍数を計算できます。
FPGA ベースの ECG 信号のピーク検出と心拍数計算の実装プロセスは次のとおりです。
- ECG 信号取得: 元の ECG 信号は ECG 取得デバイスを通じて取得されます。
- ECG 信号の前処理: フィルタリング、増幅、ベースライン ドリフトの除去など、元の ECG 信号を前処理して、その後のピーク検出と心拍数の計算を容易にします。
- ピーク検出: 選択したアルゴリズム (しきい値法、勾配法、最大値法など) に従って、前処理された ECG 信号のピーク点を検出します。
- 心拍数計算：検出したピーク点の時間間隔と心拍周期の関係から心拍数を計算します。
- データの送信と保存: 計算された心拍数データをホスト コンピューターまたは記憶装置に送信し、その後の処理と分析を行います。
- システムのデバッグと最適化: システムのデバッグと最適化は、実際のニーズとシステム パフォーマンスに応じて実行され、システムの精度とリアルタイム パフォーマンスが向上します。
FPGA ベースの ECG 信号のピーク検出と心拍数の計算方法には、高いリアルタイム性能、高い信頼性、低消費電力という利点があり、現代の医療機器のニーズを満たすことができます。ECG信号の前処理、ピーク検出、心拍数の計算などのステップを実現することで、ECG信号の正確な分析と処理を実現できます。この技術は、医療診断、健康状態監視、スポーツトレーニングなどの分野で幅広い応用が期待されています。
5. アルゴリズム完全プログラムエンジニアリング
おおおお
ああ
○