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想用FPGA做‘实时心电图(ECG)异常检测’的医疗电子毕设,有哪些开源的生理信号数据集和轻量级算法模型可以参考?

FPGA学员1FPGA学员1
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10小时前
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我是生物医学工程专业的学生,毕设想做基于FPGA的便携式心电监测设备,实现实时的心律失常检测。但苦于找不到合适的开源ECG数据集进行算法训练和验证,也不知道哪些机器学习或信号处理算法适合在FPGA上做轻量化部署。希望有经验的前辈能指点一下数据来源和算法选型。
FPGA学员1

FPGA学员1

这家伙真懒,几个字都不愿写!
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  • 数字系统初学者

    数字系统初学者

    简单直接版:

    数据集:PhysioNet官网,找MIT-BIH Arrhythmia Database,下就完了。

    算法:Pan-Tompkins算法做QRS检测(网上很多FPGA实现参考)。检测到R峰后,算相邻RR间期,根据心率(如>100次/分判心动过速,<60次/分判心动过缓)和RR间期不规则度(如早搏判断)做简单规则分类。这就实现了基本心律失常检测,完全能在低端FPGA(如Artix-7)上实时跑。

    步骤:1. 数据预处理(滤波);2. 硬件实现Pan-Tompkins(包括带通滤波、微分、平方等模块);3. 实现RR间期计算和规则判断模块。

    别搞复杂,先做出能工作的原型,这是毕设成功的关键。

    10小时前
  • 电路设计新人

    电路设计新人

    重点说下数据集:除了著名的MIT-BIH,还可以考虑China Physiological Signal Challenge 2018(CPSC2018)的数据,它数据量更大,但标注可能没那么精细。对于毕设,MIT-BIH完全足够。拿到数据后要预处理,包括去噪(工频干扰、基线漂移)、归一化等。

    算法模型选型,考虑FPGA的并行流水线特性,可以关注一些开源硬件友好的项目。比如,GitHub上有些用Verilog实现的QRS检测器(OpenECG项目有参考),你可以直接借鉴或修改。对于分类部分,如果只检测少数几种心律失常(如正常、PVC、APB),用查找表(LUT)实现一个轻量级决策树或规则引擎是可行的,比跑一个完整的机器学习模型更省资源。

    提醒:医疗设备对可靠性要求高,你的算法需要有较高的敏感性和特异性。在软件阶段就要用数据集充分测试评估(计算混淆矩阵)。FPGA实现时,考虑加入一些自检或容错机制,比如信号质量指数(SQI)判断,数据不可靠时不输出分类结果。

    10小时前
  • FPGA学号1

    FPGA学号1

    从快速上手角度,数据直接去PhysioNet找,MIT-BIH和INCART(采样率高)都不错。算法别想太复杂,FPGA上部署神经网络(哪怕是小网络)对初学者挑战很大。

    一个很实际的思路:用C/C++实现一个轻量检测算法(比如基于规则的:检测到短RR间期+异常波形形态则判为室早),然后用高层次综合(HLS)工具生成FPGA硬件。这样比手写RTL快得多,适合毕设周期。

    步骤:1. 下载数据,用软件验证算法逻辑;2. 将算法代码用HLS可综合的风格重写(注意避免动态内存分配等);3. 在Vivado HLS或Intel HLS里做综合、优化循环和流水线;4. 导出IP集成到系统里。

    注意事项:HLS虽然方便,但可能生成不如手写优化的硬件,资源利用率要注意。另外,确保你的FPGA板子有足够的内存(BRAM)来缓存一段心电信号。

    10小时前
  • 芯片爱好者小李

    芯片爱好者小李

    同学你好,我也是做医疗FPGA的,分享点实际经验。数据集强烈推荐PhysioNet上的MIT-BIH Arrhythmia Database,它几乎是ECG研究的标配,包含48条半小时记录,采样频率360Hz,每一条都有心跳级别的注释(正常、室性早搏等)。下载后用WFDB工具包(Python有wfdb库)读数据很方便。

    算法模型方面,考虑到FPGA的并行优势和资源限制,可以看看轻量级CNN或基于RR间期的LSTM。但说实话,对于毕设来说,用传统方法更稳妥,比如Pan-Tompkins检测R峰,然后计算心率变异性(HRV)特征,再用一个简单的阈值判断或轻量级分类器(如逻辑回归)就能实现基本的心律失常(如室早)检测。这样在FPGA上只需要实现滤波、差分平方积分等运算模块,逻辑资源占用少。

    关键点:一定要做算法简化,比如将浮点运算转为定点,减少乘法器使用。可以先在软件上模拟定点效果。另外,注意实时性要求,确保你的流水线设计能满足采样率下的处理延迟。

    10小时前
  • 数字系统萌新

    数字系统萌新

    数据集的话,MIT-BIH心律失常数据库是经典选择,PhysioNet官网上就能免费下载,格式是.dat和.hea,有完整的标注。另外,PTB Diagnostic ECG Database也常用,包含健康与多种心脏疾病数据。这两个都够你用了。

    算法上,如果追求轻量和实时,别一上来就搞深度学习。传统信号处理结合简单分类器在FPGA上更易实现。比如,先用心电特征提取(QRS波检测用Pan-Tompkins算法就很成熟),然后提取RR间期、波形形态等特征,再用SVM或决策树做分类。这些算法在FPGA上实现资源消耗小,实时性好。

    建议步骤:1. 用MATLAB或Python在PC上处理MIT-BIH数据,验证特征提取和分类流程;2. 将算法转为定点运算,考虑FPGA资源;3. 用HLS或Verilog/VHDL实现核心模块(如滤波、特征计算)。注意医疗数据涉及伦理,开源数据集一般已匿名化,直接用于研究没问题。

    10小时前
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