臺灣博碩士論文加值系統

基於美國麻省理工學院提供研究心律不整(Arrhythmia)的資料庫(MIT-BIH)，本研究實現公開文獻中之演算法以辨識心電圖(Electrocardiography, ECG) QRS複合波之R波偵測，並依所偵測到R波推估人體心跳速率並進行心跳變異度分析，輔以K-means分群演算法得到各分群體之質心位置，分析心跳取樣樣本所佔的心律變異程度與分散區間，嘗試提供一些有用資訊給醫療人員。此雛型系統之硬體部份，我們完成ECG量測電路，此電路整合A/D轉換器與可規劃閘極陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)，藉由FPGA具有重覆可寫性及可程式規劃之特性，以硬體描述語言(Verilog HDL)完成周邊控制模組設計，將系統具體實現於Altera公司DE2-70多媒體開發平台，採用Nios II內嵌式處理器(Embedded Processor)實現此ECG生理訊號量測/應用雛型系統。

Based on the MIT-BIH arrhythmia database, a prototyping system for R-wave identification of ECG (Electrocardiography) is realized in this study. According to R-wave information, heart rate and heart-rate variability are then calculated. In order to analyze the healthy dependence, various information of heart rate and variability are analyzed by using K-means clustering algorithm. Simulation results show the some of MIT-BIH arrhythmia data can be easily classified as five groups, while others are not successfully arrived.
In this study, an ECG data acquisition board is achieved, in which bio-amplifier, frequency filter, power regulator, and A/D converter are all integrated in a four-layer PCB. The system of ECG R-wave identification is successfully arrived by Altera DE2-70 development platform. After ECG data digitalization, a FPGA (Programmable Gate Array) chip is designed to store the acquired ECG data. By using technique of Nios II embedded processor, the R-wave identification, display algorithm, and related control algorithm are all successfully realized in Altera DE2-70. The prototyping system is tried to provide some useful information in time to medical personnel.

摘要 ii
誌謝 iii
Abstract iv
目錄 v
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 3
1.3論文架構 3
第二章 背景知識 4
2.1心電圖概論 4
2.2導程系統 7
2.3心電圖R波偵測演算法 9
2.3.1 So and Chan偵測演算法 10
2.3.2文獻[10]偵測演算法 12
2.4 K-means分群演算法 13
第三章 系統架構與技術整合 18
3.1雛型系統架構與功能說明 18
3.1.1心電訊號擷取電路 20
3.1.2類比數位(A/D)轉換器電路 21
3.1.3電源供應系統 24
3.1.4系統整合 26
3.2 FPGA硬體架構 27
3.3 R波偵測與K-means整合 34
第四章 實驗結果 38
4.1心電圖測試範本 38
4.2 R波偵測Matlab模擬結果 38
4.3應用K-means之Matlab模擬結果 44
4.3.1模擬結果 44
4.3.2結果分析 49
第五章 結論與未來研究方向 53
5.1結論 53
5.2未來研究方向 53
作者履歷 59

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