CN110236906A - 一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于心脏辅助技术领域，具体涉及一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，包括异构双核处理器、心电信号采集模块、血氧及脉搏波采集模块、加压释压模块、压力采集模块和接触压力控制模块；所述的异构双核处理器包括用于信号采集与算法实现的DSP芯片、用于系统控制以及界面交互显示的ARM处理器，所述DSP芯片与所述的ARM处理器以共享内存方式交互，所述的接触压力控制模块与所述的异构双核处理器通信连接，并控制所述的加压释压模块对人肢体加压或释压；通过卷积神经网络可以从多种生理信号中学习融合特征，消除了对特定信号特征和特殊融合方法的需要，提高了对心脏状态位置的估算效率，确保了更好的同步效果，达到了更好的反搏效果。
Description
技术领域
本发明属于心脏辅助技术领域，具体涉及一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统。
背景技术
每年死于心力衰竭的患者不计其数，ICU中约70％的危重症病人最终死于心力衰竭。根据中国卫生统计年鉴，中国心衰患者总数约为1000万，心衰患者每年增速为18％，因此，心脏急救治疗、心脏康复相关产品的市场需求巨大，由于心脏自身具有波动性，辅助及康复相关产品都需要和心脏自身同步，从而达到辅助要求，然而，这类产品大都通过机械装置来改变人体血液分布，以达到改善部分器官血流量的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，以实现心脏的精确同步辅助。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，包括：
异构双核处理器，其包括用于信号采集与算法实现的DSP芯片、用于系统控制以及界面交互显示的ARM处理器，所述DSP芯片与所述的ARM处理器以共享内存方式交互；
心电信号采集模块，其与所述的异构双核处理器通信连接，包括5个采集通道、一个驱动导联、多个IC并联、至少10个电极的测量主器件ADAS1000；
血氧及脉搏波采集模块，其与所述的异构双核处理器通信连接；
加压释压模块，其与人肢体接触；
压力采集模块，其与人肢体接触并与所述的异构双核处理器通信连接，用于采集所述加压释压模块对人肢体的压力；
接触压力控制模块，其与所述的异构双核处理器通信连接，并控制所述的加压释压模块对人肢体加压或释压。
优选的，所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统还包括：
UI界面波形刷新与显示模块，其通过VGA通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
优选的，所述的心电信号采集模块通过SPI通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
优选的，所述的血氧及脉搏波采集模块为实时血氧饱和度检测仪及脉搏波检测仪，其通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
优选的，所述的压力采集模块通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
优选的，所述的接触压力控制模块通过IIC通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
优选的，所述的加压释压模块包括空气压缩机、电磁阀、气箱和气囊，以所述的空气压缩机为压力来源，所述的气箱内储存有稳定压力的气体；
所述的接触压力控制模块通过电磁阀的开关将所述气箱中的压力瞬间释放到与人肢体接触的气囊中。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的同步辅助心脏控制系统，通过多个信号的信息直接融合，不需要中间估计，从而以较快的方式估计心脏的位置；通过卷积神经网络可以从多种生理信号中学习融合特征，消除了对特定信号特征和特殊融合方法的需要，提高了对心脏状态位置的估算效率，确保了更好的同步效果，达到了更好的反搏效果；
本发明通过直接操作CPU寄存器，ADAS1000高频率采样，简化算法执行时间，平均每个定时周期任务，改变轮询等待模式的通信方式，使得系统每个周期执行任务都可以在0.25ms以内完成，实时性强。
本发明通过对心脏实时同步辅助过程中，脉搏波反馈的周期性变化，来确认系统对心脏的辅助是否达到最佳，如辅助时刻是否精确，辅助压力是否达到要求，从而进一步修正系统算法。
附图说明
图1为本发明提供的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统的算法逻辑；
图2为两个导联的心电信号与脉搏波信号的示意图；
图3为有反馈和无反馈时的脉搏波波形示意图；
图4为在加压模块加压作用下加压恰好时的脉搏波波形示意图；
图5为加压过早时的脉搏波波形示意图；
图6为加压过迟时的脉搏波波形示意图；
图7为释压过早时的脉搏波波形示意图，
图8为释压过迟时的脉搏波波形示意图；
图9为核心模块-ARM端软件逻辑；
图10为核心模块-DSP端软件逻辑。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，包括异构双核处理器、心电信号采集模块、血氧及脉搏波采集模块、加压释压模块、压力采集模块和接触压力控制模块；
所述的异构双核处理器包括用于信号采集与算法实现的DSP芯片、用于系统控制以及界面交互显示的ARM处理器，所述DSP芯片与所述的ARM处理器以共享内存方式交互；所述的心电信号采集模块与所述的异构双核处理器通信连接，包括5个采集通道、一个驱动导联、多个IC并联、至少10个电极的测量主器件ADAS1000；所述的血氧及脉搏波采集模块与所述的异构双核处理器通信连接，所述的加压释压模块与人肢体接触，所述的压力采集模块与人肢体接触并与所述的异构双核处理器通信连接，用于采集所述加热释压模块对人肢体的压力；所述的接触压力控制模块与所述的异构双核处理器通信连接，并控制所述的加压释压模块对人肢体加压或释压。
进一步的，根据本发明，所述的同步辅助心脏控制系统还包括UI界面波形刷新与显示模块，其通过VGA通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
根据本发明，本发明中，所述的心电信号采集模块通过SPI通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
所述的血氧及脉搏波采集模块为实时血氧饱和度检测仪及脉搏波检测仪，其通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
所述的压力采集模块通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
所述的接触压力控制模块通过IIC通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
根据本发明，本发明中所述加压释压模块的作用是给人肢体提供周期性的压力，作为本发明中加压释压模块的一种具体的实施方式，所述的加压释压模块包括空气压缩机、电磁阀、气箱和气囊，以所述的空气压缩机为压力来源，所述的气箱内储存有稳定压力的气体；所述的接触压力控制模块通过电磁阀的开关将所述气箱中的压力瞬间释放到与人肢体接触的气囊中。
本申请的发明人发现，对心脏状态的同步需要来自多个信号的信息融合，传统的方法都是通过单独获得特定信号的中间估计中进行竞争而间接地获得多模态估计。
结合图1所示，本发明中，多模态生理信号通过信号预处理，滤波，得到信号特征，再通过卷积神经网络激励层、池化层、最后全连接得到一个心脏状态的估算位置。通过获取到的心脏状态位置进一步触发接触压力控制模块，并控制加压释压模块达到改变人体血液分布的目的，然后再通过检测实时的血氧波、脉搏波波形反馈修正心脏状态位置，从而使得的系统触发的时刻点更加精准，最终达到对心脏的最佳辅助状态。
本发明提供的多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，直接融合来自多个信号的信息，而不需要中间估计，从而以更加稳健的方式估计心跳位置；本发明提供的该多模态数据融合同步辅助心脏控制系统可以从多种生理信号中学习融合特征，而这种方法消除了对特定信号特征和特殊融合方案的需要；并且，由于是数据驱动的，同样的算法从任意一组信号中学习到合适的特征。
结合图2所示为两个导联的心电信号与脉搏波信号，通过三路信号的融合实现特征点识别率的大幅度提高。
以空气压缩机、电磁阀、气箱和气囊所组成的加压释压模块为例，在气囊的作用下，脉搏波波形会发生变化，算法通过变化的脉搏波当前寻找到的心脏的状态特征点是恰好、过早、过迟。
具体的，如图3所示的是在1:2模式的下反馈(每隔一个DN触发一次)，没有反馈的脉搏波波形与有反馈的脉搏波波形的示意图；如图4所示的在加压模块加压作用下加压恰好时的脉搏波波形示意图，其中，加压阶段中，加压点在切记点DN位置，在DN前就是加压过早，在DN后就是加压过迟；释压阶段中，PDP到BAEDP段直线下滑表示释压过早，BAEDP大于PAEDP说明释压过晚。
如图5所示为加压过早时的脉搏波波形图，图6所示为加压过迟时的脉搏波波形图；图7所示为释压过早时的脉搏波波形图；图8所示为释压过迟时的脉搏波波形图。
如图9所示为核心模块-ARM端软件逻辑，如图10所示为核心模块-DSP端软件逻辑，通过直接操作CPU寄存器，ADAS1000高频率采样，简化算法执行时间，平均每个定时周期任务，改变轮询等待模式的通信方式，使得系统每个周期执行任务都可以在0.25ms以内完成，实时性强。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，包括：
异构双核处理器，其包括用于信号采集与算法实现的DSP芯片、用于系统控制以及界面交互显示的ARM处理器，所述DSP芯片与所述的ARM处理器以共享内存方式交互；
心电信号采集模块，其与所述的异构双核处理器通信连接，包括5个采集通道、一个驱动导联、多个IC并联、至少10个电极的测量主器件ADAS1000；
血氧及脉搏波采集模块，其与所述的异构双核处理器通信连接；
加压释压模块，其与人肢体接触；
压力采集模块，其与人肢体接触并与所述的异构双核处理器通信连接，用于采集所述加压释压模块对人肢体的压力；
接触压力控制模块，其与所述的异构双核处理器通信连接，并控制所述的加压释压模块对人肢体加压或释压。
2.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，还包括：
UI界面波形刷新与显示模块，其通过VGA通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
3.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，所述的心电信号采集模块通过SPI通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
4.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，所述的血氧及脉搏波采集模块为实时血氧饱和度检测仪及脉搏波检测仪，其通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
5.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，所述的压力采集模块通过并口通信协议与所述的异构双核处理器通信连接。
6.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，所述的接触压力控制模块通过IIC通信接口与所述的异构双核处理器通信连接。
7.根据权利要求1所述的反馈式多模态数据融合同步辅助心脏控制系统，其特征在于，所述的加压释压模块包括空气压缩机、电磁阀、气箱和气囊，以所述的空气压缩机为压力来源，所述的气箱内储存有稳定压力的气体；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190917 |
|
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