本發(fā)明涉及一種信號(hào)發(fā)生方法，特別是一種ECG仿真信號(hào)建模與分段發(fā)生方法。

背景技術(shù)：

心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)以及醫(yī)用運(yùn)動(dòng)平板等醫(yī)療器械均是各醫(yī)院常用且不可缺少的醫(yī)療設(shè)備，這些設(shè)備使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致精度不準(zhǔn)確，導(dǎo)致醫(yī)療上的誤診，所以必須對(duì)其進(jìn)行定期的檢定和校準(zhǔn)，而心電圖機(jī)和腦電圖機(jī)更是國(guó)家強(qiáng)制檢定項(xiàng)目。根據(jù)心電類醫(yī)療器械的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的說(shuō)明，在對(duì)心電類醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)的時(shí)候，都需要用到ECG仿真信號(hào)，該信號(hào)對(duì)各波段的時(shí)間和幅值都做了詳細(xì)的精度要求和說(shuō)明，是一種能夠有效檢定和校準(zhǔn)心電類醫(yī)療設(shè)備的仿真信號(hào)?，F(xiàn)有的波形發(fā)生方法沒(méi)有針對(duì)ECG仿真信號(hào)的，也沒(méi)有介紹如何獲得ECG仿真信號(hào)數(shù)據(jù)以及如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，更沒(méi)有如何通過(guò)算法和單片機(jī)相結(jié)合達(dá)到精確控制ECG仿真信號(hào)的波形幅度和周期的方法，ECG仿真信號(hào)的建模方法也沒(méi)有相關(guān)的介紹。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)背景技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決前述問(wèn)題的ECG仿真信號(hào)建模與分段發(fā)生方法。

一種ECG仿真信號(hào)建模與分段發(fā)生方法，包括10個(gè)步驟，所述的建模與分段發(fā)生方法的10個(gè)步驟如下：

S1：在JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程》中查詢得到ECG仿真信號(hào)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。

S2：通過(guò)ECG仿真信號(hào)中的波段時(shí)間間隔和波段幅度值，得到ECG仿真信號(hào)各點(diǎn)的坐標(biāo)。

S3：將ECG仿真信號(hào)分成14段，通過(guò)各點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行分段擬合，14個(gè)擬合函數(shù)依次為

y₁＝-0.07086*x₁²+9.404*x₁+0.001119；

y₂＝0.03454*x₂²-4.538*x₂+348；

y₃＝-0.07086*x₃²+9.404*x₃；

y₄＝0；

y₅＝(-0.02074*x₅+3.428)*1000+5；

y₆＝171.3*x₆-31965；

y₇＝75*x₇-13990；

y₈＝-55.56*x₈+13160；

y₉＝23.01*x₉-4437；

y₁₀＝-51.59*x10+13410；

y₁₁＝-1.662*x₁₁+432.1；

y₁₂＝-116；

y₁₃＝0.02989*x₁₃²-33.85*x₁₃+9195；

y₁₄＝0；

S4：通過(guò)MATLAB對(duì)這14個(gè)擬合函數(shù)進(jìn)行拼接，建立ECG仿真信號(hào)模型，并在MATLAB上對(duì)波形進(jìn)行顯示。

S5:通過(guò)試驗(yàn)確定單片機(jī)發(fā)波的合適的數(shù)據(jù)量，本發(fā)明確定數(shù)據(jù)量為1000。

S6:由于ECG仿真信號(hào)的頻率為0.75Hz的確定值，周期為1333.3mS，初步確定ECG仿真信號(hào)的各點(diǎn)間距為1.3333mS。

S7：ECG仿真信號(hào)各波段時(shí)間長(zhǎng)度不一致，各波段按1.3333mS的時(shí)間間隔取，將各波段時(shí)間除以1.3333mS，若無(wú)法整除，說(shuō)明存在小于1個(gè)時(shí)間間隔單位的時(shí)間余數(shù)，則通過(guò)MATLAB計(jì)算出該波段最后一點(diǎn)距下一個(gè)波段起始點(diǎn)的時(shí)間間隔，通過(guò)單片機(jī)精確控制這段時(shí)間間隔，保證各波段時(shí)間的精度。

S8：按時(shí)間間隔依次取點(diǎn)，得到各點(diǎn)的幅度值，幅度值為小數(shù)，而單片機(jī)的DA模塊只能接收16進(jìn)制數(shù)，將所有數(shù)據(jù)乘以10ⁿ n為小數(shù)保留位數(shù)，去除小數(shù)部分后，將幅值最小點(diǎn)定義為0，最大點(diǎn)定義為4095(內(nèi)置DA為12位)，再將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行同比例變化，最后將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制。

S9：將得到的16進(jìn)制數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)置FLASH模塊，再通過(guò)單片機(jī)的DA模塊發(fā)出。

S10：將單片機(jī)發(fā)出的波形通過(guò)衰減器對(duì)波形幅值進(jìn)行衰減。

所述的單片機(jī)為STM32F103ZET6，外接8MHz晶振，通過(guò)倍頻后達(dá)到72MHz，即時(shí)鐘周期為1/72us，單片機(jī)通過(guò)中斷控制各點(diǎn)間的時(shí)間間隔，同時(shí)，該單片機(jī)內(nèi)置12位DA模塊，因此，發(fā)波的時(shí)間和幅值精度都非常高。

所述的衰減器為20dB和40dB的兩個(gè)帶SMA接口的衰減器串聯(lián)，20dB的衰減倍數(shù)為10倍，40dB的衰減倍數(shù)為100倍，串聯(lián)后衰減倍數(shù)為1000；通過(guò)繼電器切換衰減倍數(shù)，可以達(dá)到10倍，100倍和1000倍三種衰減倍數(shù)的選擇，以滿足量程和精度的要求。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明根據(jù)JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程》中ECG仿真信號(hào)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提供了一種從獲得數(shù)據(jù)到波形輸出的ECG仿真信號(hào)的建模和發(fā)生的方法。本發(fā)明發(fā)出的ECG仿真信號(hào)波形各點(diǎn)間時(shí)間間隔相同，波形密度均勻。本發(fā)明通過(guò)單片機(jī)與算法相結(jié)合，使得發(fā)出ECG仿真信號(hào)的波形精度非常高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的建模與分段發(fā)生方法流程圖；

圖2是標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形圖；

圖3是本發(fā)明的ECG仿真信號(hào)分段示意圖；

圖2中T1～TT11和A1～A10如表1中所示，分別為標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)各波段的時(shí)間間隔和幅度值，圖2中a～q為標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形上各點(diǎn)；圖3中1～14為本發(fā)明對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)分成的14個(gè)波段。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示的ECG仿真信號(hào)建模與分段發(fā)生方法流程圖，包括10個(gè)步驟，如下：S1：在JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程》中查詢得到ECG仿真信號(hào)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值；S2：通過(guò)ECG仿真信號(hào)中的波段時(shí)間間隔T1～T11和波段幅度值A(chǔ)1～A10，得到ECG仿真信號(hào)各點(diǎn)a～q的坐標(biāo)；S3：將ECG仿真信號(hào)分成14段1～14，通過(guò)各點(diǎn)a～q坐標(biāo)進(jìn)行分段擬合；S4：通過(guò)MATLAB對(duì)這14個(gè)擬合函數(shù)進(jìn)行拼接，建立ECG仿真信號(hào)模型，并在MATLAB上對(duì)波形進(jìn)行顯示；S5:通過(guò)試驗(yàn)確定單片機(jī)發(fā)波的合適的數(shù)據(jù)量，本發(fā)明確定數(shù)據(jù)量為1000；S6:由于ECG仿真信號(hào)的頻率為0.75Hz的確定值，周期為1333.3mS，初步確定ECG仿真信號(hào)的各點(diǎn)間距為1.3333mS；S7：ECG仿真信號(hào)各波段時(shí)間長(zhǎng)度不一致，各波段按1.3333mS的時(shí)間間隔取，將各波段時(shí)間除以1.3333mS，若無(wú)法整除，說(shuō)明存在小于1個(gè)時(shí)間間隔單位的時(shí)間余數(shù)，則通過(guò)MATLAB計(jì)算出該波段最后一點(diǎn)距下一個(gè)波段起始點(diǎn)的時(shí)間間隔，通過(guò)單片機(jī)精確控制這段時(shí)間間隔，保證各波段時(shí)間的精度；S8：按時(shí)間間隔依次取點(diǎn)，得到各點(diǎn)的幅度值，幅度值為小數(shù)，而單片機(jī)的DA模塊只能接收16進(jìn)制數(shù)，將所有數(shù)據(jù)乘以10ⁿ，去除小數(shù)部分后，將幅值最小點(diǎn)定義為0，最大點(diǎn)定義為4095(內(nèi)置DA為12位)，再將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行同比例變化，最后將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制；S9：將得到的16進(jìn)制數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)置FLASH模塊，再通過(guò)單片機(jī)的DA模塊發(fā)出；S10：將單片機(jī)發(fā)出的波形通過(guò)衰減器對(duì)波形幅值進(jìn)行衰減。

如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形圖，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)各波段的時(shí)間間隔和幅度值進(jìn)行了標(biāo)注，T1～T11分別為標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)各波段的時(shí)間段標(biāo)號(hào)，A1～A10分別為標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)的各波段幅度標(biāo)號(hào)，各波段的時(shí)間段要求和幅度要求如表1所示。

表1標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形參數(shù)值

通過(guò)如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形圖和表1所示的標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形參數(shù)值，得到如表2所示的標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形點(diǎn)坐標(biāo)，如圖3所示的ECG仿真信號(hào)分段示意圖，把ECG仿真信號(hào)分成14段，結(jié)合各點(diǎn)a～q的坐標(biāo)，再分別對(duì)14段進(jìn)行擬合與拼接，得到ECG仿真信號(hào)的數(shù)學(xué)模型。

表2標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)波形點(diǎn)坐標(biāo)

根據(jù)JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程》中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ECG仿真信號(hào)的幅度和時(shí)間參數(shù)要求，通過(guò)擬合與計(jì)算得到各點(diǎn)坐標(biāo)，將ECG仿真信號(hào)進(jìn)行拆分，分為14段，通過(guò)MATLAB對(duì)擬合函數(shù)進(jìn)行拼接與顯示，觀察細(xì)節(jié)無(wú)誤后，通過(guò)ECG仿真信號(hào)的模型得到1000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的FLASH內(nèi)，通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部DA發(fā)出，再通過(guò)衰減器對(duì)幅值進(jìn)行衰減。

綜上，本發(fā)明對(duì)ECG仿真信號(hào)從參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)到波段函數(shù)擬合，再到ECG仿真信號(hào)模型建立，再到波形幅值數(shù)據(jù)獲得，以及波形數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并可以通過(guò)需求設(shè)定數(shù)據(jù)量，且各點(diǎn)時(shí)間間隔相同，使得各波段波形輸出密度均勻，同時(shí)對(duì)于小于一個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間通過(guò)單片機(jī)精確發(fā)出，保證發(fā)出波形可以達(dá)到非常高的精度。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。