应用于胎心音处理的HHT算法的研究及FPGA验证

作     者：康帅灵 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余国义

授予年度：2017年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 

主      题：胎心音 希尔伯特黄变换 FPGA 胎儿健康监护 

摘      要：监测胎儿的健康状态,在发生流产或其他危险情况前,予以及时纠正和治疗,实现孕妇健康怀孕,顺利生产等是胎儿健康监护的意义。当前,胎儿的监护主要利用超声技术在医院中进行,有着许多弊端。由于各地经济发展状况、城乡差别等原因,不能满足广大孕妇的需求,繁多的检查也导致医院人员拥堵,增加孕妇家庭负担。本文提出了一种基于被动式信号采集方式的胎心音信号提取方法。该方法采集方式自然安全,适用于社区和家庭式胎儿健康监护,胎心音处理结果清晰直观,具有重要社会价值和意义。首先,根据胎心音信号时频域中的特点,对比了几种不同的处理方法。在优化希尔伯特黄变换(HHT)的基础上,结合胎心音在心音周期中的位置分布规律,设计了一种胎心音提取方法,利用该方法在MATLAB上对含噪胎心音信号进行提取和降噪。在综合考虑胎心音处理方法速度、硬件实现复杂度及资源消耗后,介绍了算法各个模块的逻辑电路实现方法,使用Verilog HDL语言完成各个模块的RTL代码编写。最后在XILINX开发平台NEXYS4 DDR(芯片XC7A100T-1CSG324C)上利用在线逻辑分析仪(ILA)对结果进行验证。通过具体实验证明,采用改进的算法对进行胎心音进行处理,结果精度损失为10%5%,信噪比提高了38.7dB,处理结果信号特征清晰。验证平台中的FPGA应用在对实时性要求较高的便携式,低功耗领域,实际结果表明处理耗时均低于信号采样时间,消耗了约1/3的硬件资源。