22484

بررسي ساخت دستگاه تشخيص دهنده‌ي آريتمي هاي قلبي از روي سيگنال نوار قلب

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - ديناميك كنترل

1399

1399/3/19

دكتر اميرحسين دوايي مركزي

مكانيك

اين پايان‌نامه با توجه به نياز روزافزون جامعه‌ي انساني به تشخيص زودهنگام بيماري‌هاي قلبي تعريف شده‌است. با وجود پيشرفت‌هاي گوناگون در حوزه‌ي پزشكي، همچنان بيماري‌هاي قلبي دليل اول مرگ‌و‌مير بشر مي‌باشند. در اين پژوهش به‌دنبال راه‌حل‌هاي دقيق‌تر و سريع‌تر براي تشخيص خودكار آريتمي‌هاي قلبي مي‌باشيم. براي رسيدن به‌اين هدف مراحل زير را انجام داده‌ايم: ابتدا الگوريتمي قابل اعتماد براي تشخيص خودكار آريتمي‌هاي قلبي از روي نوار قلب معرفي‌ كرده‌ايم. اين الگوريتم شامل سه مرحله‌ي اصلي پيش پردازش، استخراج ويژگي و در نهايت كلاس بندي سيگنال نوار قلب به انواع آريتمي‌ها مي‌باشد. دقت عملكرد الگوريتم به كمك ضربان‌هاي موجود درديتابيس MIT-BIH بررسي شده است. براي آگاهي از مفاهيم الگوريتم انتخاب‌شده، مراحل مختلف آن را بازتوليد كرده و در اين حين نحوه‌ي دسته‌بندي سيگنال نوارقلب و تشخيص خودكار را بهبود داده‌ايم. در نهايت الگوريتم بهينه‌شده با پيچيدگي كمتر و دقتي بيشتر از الگوريتم مبنا حاصل شده‌است. سپس براي رسيدن به هدف پايان‌نامه، به پياده‌سازي الگوريتم تشخيص خودكار در سخت‌افزار پرداخته‌ايم. براي اينكار ابتدا دستگاهي را با قابليت ضبط و ذخيره نوار قلب ساخته‌ايم تا بتوانيم عملكرد الگوريتم را بصورت عيني ببينيم. به اين صورت كه پس از ضبط نوار قلب، سيگنال به كامپيوتر ارسال شده و تشخيص خودكار بصورت نرم‌افزاري صورت مي‌گيرد. و در قدم بعدي دستگاهي را طراحي و ساخته‌ايم كه تمامي مراحل ضبط، پيش‌پردازش، استخراج ويژگي و كلاس‌بندي سيگنال به انواع آريتمي درون آن انجام‌ مي‌شود. به اين صورت كه مراحل مختلف تشخيص خودكار، درون دو‌ ميكروكنترلر خانواده‌ي آرم اجرا مي‌شوند. در انتها نيز روشي را براي تشخيص خودكار آريتمي از راه دور و در فضاي ابري ارائه كرده‌ و همكاري آزمايشگاه با يك شركت دانش‌بنيان را شرح ‌داده‌ايم. به اين صورت كه نوار قلب ضبط شده، براي انجام عمليات تشيخص خودكار، به سروري انتقال داده شده و درون سرور عمليات تشخيص انجام شود. اين كار به كمك يك گوشي هوشمند صورت مي‌گيرد. با اجراي اين فرايند، تشخيص خودكار آريتمي ديگر محدود به حضور پزشك نخواهد بود و سرعت تشخيص را بسيار بيشتر خواهد كرد. كلمات كليدي : نوار قلب، آريتمي، تشخيص خودكار، پياده‌سازي درون سخت‌افزار، تشخيص در فضاي ابري

1399/06/25

Hardware Implementation of automatic cardiac arrhythmia detection algorithm

6/9/2021 12:00:00 AM

This research has been dedicated the growing need of the human community for early detection of heart disease. Heart disease remains the first cause of human death for many years. In this study, we looked into more accurate and faster solutions for the automatic diagnosis of cardiac arrhythmias. To this end, the following procedure has been considered: First, we introduced a reliable algorithm for the automatic detection of cardiac arrhythmias from the ECG. The algorithm consists of three main steps: pre-processing, feature extraction, and finally the classification of the ECG signal into several types of arrhythmias. We verified the algorithm's performance with test on the beats in the MIT-BIH database. To understand the concepts of the selected algorithm, we reproduced the steps of the algorithm while improving procedures like detection and classification of the heartbeat signal. The optimized algorithm is obtained with less complexity and more accuracy than the base algorithm. Then, to achieve the goal of this study, we implemented an automatic detection algorithm in hardware. To do this, we first designed and built a device with the ability to record and store the ECG, so that we could observe the performance of the algorithm objectively. After the recording of the ECG, the signal is sent to the computer and the algorithm is applied. We also designed and built a device that performs all the steps of recording, preprocessing, feature extraction and Arrythmia Classification. The stages of detection are performed within two microcontrollers of the ARM family. Finally, we presented a method for the automatic detection of arrhythmia remotely in the cloud. In this method the recorded ECG will be transferred to a server for automated detection, and diagnostic operation will be performed in the server. This is done by use of a smartphone. By performing this process, the automatic detection of arrhythmia will no longer be limited to the presence of the doctors and will speed the diagnosis process. Keywords: ECG, Arrhythmia, Automatic detection, hardware implementation, cloud base detection