无创血液成分检测全波段信号信噪比均衡

为充分扩展动态光谱无创检测血液成分的种类和提高检测精度,在全波段范围内对光源、组织吸收和传感器的灵敏度进行统筹考虑,通过光源补偿和加入远心透镜设计不仅扩大了有效光谱检测范围,而且均衡了全波段范围光电脉搏波信噪比,提高了动态光谱信号整体信噪比并扩大了测量带宽。动态光谱质量评估的方法验证了该方法的有效性:将可见动态光谱的有效检测范围从600～1000nm拓宽到500～1135nm,近红外动态光谱的有效检测范围从900～1 100nm拓宽到900～1 700nm,既为基于动态光谱无创检测新的血液成分创造了条件,也可进一步提高已可检测血液成分的精度。     

基于LabVIEW的动态光谱光电脉搏波信号提取的快速算法

在众多近红外光谱检测方法中,动态光谱法以能消除检测中个体差异和测量条件的影响而备受研究者的青睐。动态光谱提取自光电容积脉搏波,是与动脉血液信息高度相关的近红外光谱,可应用于动脉血液成分的无创检测,具有很好的临床应用价值。高精度和高速度是动态光谱检测的核心问题。应用过采样和数字锁相检测技术能提高动态光谱法中光电脉搏波信号的检测精度,文章对此进行了理论推导。同时,为了克服过采样导致的大数据量和锁相放大要求的大运算量等困难,提出了基于LabVIEW的快速算法和通过外部接口调用C语言的方法应用于动态光谱光电脉搏波的提取,并在LabVIEW环境下进行实验验证。结果表明,该方法不但提高了运算速度,还大大缩小了数据的存储量。     

基于CPLD的线阵CCD光谱检测数据采集系统的研究

血液成分无创检测已成为生物医学工程领域关注的焦点和热点,其中以近红外血液成分检测最为突出,而动态光谱检测方法以能消除近红外血液成分检测中的个体差异和测量条件的影响备受研究者 的青睐。但是,由于动态光谱检测系统要求较高的幅值精度和高的时间分辨率,因此要求所采用的CCD(charge coupled device)系统进行较长时间的实时输出,其数据量较大,需要匹配高速数据传输模块 。文章介绍了一种基于CPLD(complex programmable logic device)的CCD数据采集系统,整个系统以CPLD为主芯片,它不仅为CCD提供工作时序信号,同时还控制信号调理、转换、传输模块中的采样率、 相关双采样的时序和数据的存储与传输。采用CPLD器件不但简化了系统结构,提高了整个系统的速度,而且达到了幅值精度和时间分辨率的要求。     

小波变换提高动态光谱法血液成分无创检测的精度

光谱采集过程中的各种时变噪声影响了动态光谱法血液成分无创检测定量校正模型的精度。该文采用小波变换法,在脉搏频段内对指端投射光谱的时域吸光度波形聚焦,提高了动态光谱数据的信噪比和血液成分含量定量校正模型的精度。对同一个体连续采集10次光谱数据,引入小波变换去噪后动态光谱数据的平均相关系数r自0.979 6提升至0.990 3。对110名志愿者进行血常规体检和指端透射光谱采集,建立动态光谱数据与血糖浓度生化分析值之间的神经网络模型,在引入小波变换去噪后,预测集相关系数自0.6774提升至0.846 8,平均相对误差自15.8%下降至5.3%。实验表明,引入小波变换可以有效地去除动态光谱数据中的噪声,提高定量校正模型的精度,推动了动态光谱法无创血液成分检测的发展。     

提高DS法无创血液成分检测信噪比的方法与分析

为了提高血液成分无创检测精度,增加预测模型稳定性,对基于动态光谱(dynamic spectrum,DS)的血液成分无创检测仪器和预处理方法进行了定量信噪比分析与实验验证。在DS数据提取时加入boxcar积分器、降低波长分辨率、均衡DS信噪比和剔除粗大误差等预处理方法,使得各个波段上的DS数据信噪比得以均衡,提高了DS的总体信噪比。利用DS数据采集平台对两名志愿者连续多次测试,同一个体的DS数据相关度分别从0.934和0.953分布提高到了0.991和0.987,而不同个体间DS数据相关度与同一个体DS数据相关度差距也显著增加, 结果表明这些方法可以提高DS数据信噪比。无创血液成分检测信噪比定量分析可有效指导预处理方法的选择,为无创血液成分检测的临床应用创造了条件。     

谐波分量提高动态光谱法无创血液成分检测精度

为增加动态光谱数据的信噪比,提高预测模型稳定性和预测精度,提出将多次谐波分量计入动态光谱数据频域数据处理的改进方法。对110名志愿者进行临床采集,依据其脉搏波信号质量和谐波分布状况,确定其中60例样本为研究对象。在提取样本动态光谱时,以是否加入谐波分量为标准分成实验组和对照组。分别建立两组动态光谱和人体血红蛋白含量的BP神经网络模型,结果显示实验组预测集相关系数为0.91,远大于对照组预测集相关系数0.80,其余各项指标均有明显改善。实验证明利用谐波分量可提高动态光谱数据信噪比,有利于推动基于动态光谱的无创血液成分检测技术的进一步发展。     

动态光谱检测中的相移波形误差分析

动态光谱提取自光电容积脉搏波,是与动脉血液信息高度相关的近红外光谱,可应用于动脉血液成分的无创检测,具有很好的临床应用价值。文章依据动态光谱检测理论,对检测过程中的相移波形误差进行了分析。人体正常生理活动可导致光电容积脉搏波的周期、幅值和基线的不稳定。同时在动态光谱时域检测过程中,不同波长下检测到的脉搏波间存在一定的相位延迟。以上两个因素将导致不同波长对应的脉搏波之间存在一定的波形差异,从而使其频谱发生改变,在动态光谱中引入相移波形误差。文章对该相移波形误差进行了量化分析。结果表明,该误差与截取脉搏周期的矩形窗位置相关。通过精选矩形窗位置,可以将相移波形误差降低一个数量级。     

消除个体条件测量差异的动态光谱及其频域提取法的研究

在近红外光谱的皮肤无创检测中,个体差异是一个相当大的技术难题。在血液成分无创检测中,个体差异包括毛发、角质层、表皮、真皮、皮下组织、肌肉、骨骼等。研究表明,个体差异随着个体不同而不同,是阻碍血液成分无创检测技术实用化的重要因素。文章提出了基于光电容积脉搏波的产生机理和傅里叶变换的检测血液成分浓度的新方法——频域提取法,这种方法可以消除测量中由于皮肤组织和肌肉组织产生的差异;提出了动态光谱的概念,从理论和实验两个方面说明了这种方法的优点,并通过实验直接提取了各波长中仅由血液成分产生的吸光度光谱图,对于近红外光谱无创检测血液成分的实际应用有着重要意义。     

基于FPGA的红外焦平面信息获取系统设计

基于红外焦平面探测器的红外遥感技术是实现多通道和高空间分辨率的重要手段,而随着焦平面探测器中探测单元的增加探测数据也急剧增加,研究基于FPGA的高速并行处理技术对解决红外探测领域多通道高速信息获取有重要意义。以FPGA作为控制器件,设计了16通道,数字分辨率为16bit的ADC采集方案,实现对32×32元的红外焦平面探测器数据并行获取,并设计了数据宽度为16bit的数据输出接口,用来完成采样数据的上传功能。实验结果表明该方案设计简洁,数据上传速度控制灵活,可以满足焦平面探测器的信号获取与传输。     

经验模态分解法在近红外无创血红蛋白检测中的应用研究

为提高近红外血红蛋白预测模型的稳健性,分别应用Savitzky-Golay平滑、移动窗口平滑以及经验模态分解(EMD)方法对原始光谱进行去噪处理,以提高数据信噪比。采集了81例临床志愿者的手指指端血流容积脉搏波光谱数据,同时获取相应的血红蛋白浓度值临床化验结果。剔除异常样品,确定78例样品为研究对象,建立反向传播神经网络(BP-ANN)定量分析模型并预测。结果表明,经EMD处理后的模型预测效果最优,预测相关系数由0.74提高至0.87,误差均方根由12.85 g·L-1减小至8.08 g·L-1。实验证明应用EMD方法能够获得高信噪比的容积脉搏信号,提高血红蛋白浓度预测模型的准确性,有利于推动近红外无创血红蛋白检测技术的进一步发展。     

基于FPGA视频合成系统设计与实现

为实现将输入的六路BT656视频无失真地合并成一路BT1120视频输出,采用将FPGA技术和视频合成系统相结合的设计方法,用verilog语言设计完成有效视频数据的抽取、SRAM乒乓操作以及FPGA对于视频的拼接处理方法。该系统由视频输入解码模块、存储模块、输出解码模块、i2c模块以及时钟管理模块组成。经算法仿真和逻辑综合,该设计可以实现视频合成的基本功能,满足视频监控系统的实时性要求.综合结果表明该设计占用FPGA片上逻辑资源少,系统运行频率高。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

磁共振信号并行高速接收系统设计

针对低场磁共振成像系统,该文设计了一种紧凑灵活的信号接收方案,实现对多通道磁共振信号的高速采样与直接数字解调. 系统采用高速模数转换器(A/D)对磁共振信号直接采样;以单片数字下变频器(DDC)--AD6636, 完成4路采样信号的数字解调;以数字信号处理器（DSP）作为控制器,实现对AD6636的配置以及I/Q数据的读取. 信号采样频率可达100 MSPS,适用于1 T以下的系统. 实验证明该设计具有结构紧凑,采样速率高,配置方便快速,滤波器设计丰富灵活等特点,为磁共振成像谱仪的研制提供了一种高性能的信号接收方案.     

基于FPGA和ADS8638的数据采集系统的设计与实现

为了解决常用数据采集产品体积较大的问题,选用一种体积小,转换速度快的多通道AD转换芯片ADS8638,设计了FPGA与芯片间的接口电路,并采用verilog语言编写了控制程序,以控制ADS8638芯片对各通道输入的模拟量进行AD转换。通过软件仿真验证、静态时序分析,仿真和分析结果表明,该软件功能、性能、时序正确。最后,将软件经过综合、布局布线后下载到ACTEL FPGA芯片中进行硬件系统测试,测试结果表明,本技术方案设计合理,功能可靠,降低了常用数据采集系统的体积和功耗,具有良好的实用价值。     

基于FPGA的快速脉冲数据采集及处理系统设计

为了提高脉冲信号多参数提取的准确性,从而更精确地表征细胞多种物理和生化特性,设计了基于FPGA 的快速脉冲数据采集与处理系统。首先,采用对时间窗口和幅值同时设定阈值的方法,有效避免了噪声对有效脉冲识别的影响;其次,采用FPGA实现数据采集、快速数字滤波、以及脉冲峰值、面积和脉宽三个参数的提取,并利用FPGA作为外部主控制器实现对USB芯片CY7C68013A内部FIFO的控制,实现脉冲数据的高速处理、传输;最后,对系统的可行性及准确性进行了实验。实验结果表明,本系统能够对脉冲信号进行有效实时识别和高准确度的参数提取,同时USB的数据传输速度可达29.8MB/S,满足系统数据传输的实时性要求。     

基于GPS授时的多通道数据同步采集系统

针对异地多通道同步数据采集需要,设计并实现了一种基于GPS授时的多路数据采集系统。利用EP4CE10F17C8 UBLOX-6T ADS8568 CYPRESS68013A的组合实现8路数据的同步采样及上传。系统内建两个高精度时钟,通过GPS秒脉冲校准,从而获得每个采样点的准确时间。以FPGA为核心,完成AD转换控制、数据组织和缓存、USB数据传输控制。基于VS2010应用程序完成数据的接收和处理。测试结果表明,该系统各模块设计合理,运行稳定,实时性高,具有较好推广价值。     

水下目标激光探测系统中高速信号采集系统的设计

介绍了水下目标激光探测高速数据采集系统设计的技术难点,设计了一种基于高速CMOS模/数转换芯片和高性能StratixⅡFPGA高速数据采集芯片的水下激光信号实时采集与传输系统,信号采集速率可达1GHz。系统的适用性及可靠性在水下目标激光探测试验中得到了验证。     

多核DSP高速实时信号处理系统设计

介绍了基于TI公司多核定点DSP(TMS320C6474)的高速实时数字信号处理系统。系统利用FPGA作为控制单元和转接芯片,通过SRIO接口作为DSP芯片的数据输入输出接口,具有信号处理能力超高、输入输出接口简洁、以及存储能力较大的优点。在软件实现中,利用了乒乓数据吞吐,静态内存分配技术和三核软件同步机制,通过优化算法,高效地实现了三核DSP实时信号处理,计算效率达到了设计要求。在项目图像信号实时处理中得到了成功应用,取得了良好的效果。