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基于FPGA的血细胞脉冲信号识别算法的研究与实现

作　者: 雷霞
导　师: 孟利民
学　校: 浙江工业大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 血细胞计数 Coulter原理 FPGA DPR算法
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 58次
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内容摘要

血细胞计数,在血液学检测方面的工作中具有非常重要的作用,它是临床判断有无疾病、疾病种类和严重程度的重要依据。血细胞识别是计数的关键,随着模式识别技术的不断发展,它逐渐成为生物医学领域的一个研究热点。血液参数主要包括血红蛋白(HGB)浓度,红细胞(RBC)、白细胞(WBC)和血小板(PLT)的数量及其体积分布等。这些参数已经成为检验医学中最常用、最重要的疾病诊断手段之一。Coulter原理广泛应用于血细胞分析仪,由于血细胞通过传感器有时会形成M型信号,同时噪声和干扰也会使叠加在信号上,就会使得后续细胞信号的识别变得困难。基于Coulter原理的传统信号识别方法主要采用模拟电路实现,这种方法对M信号会产生误识别。在分析了传统识别方法的基础上,本文研究的是基于数字脉冲处理(Digital Pulse Process,简称DPP)技术来实现血细胞识别、计数及体积分布统计的方法。DPP技术可以根据所采集的细胞信号计算脉冲宽度、高度以及脉冲积分等参数,实现对各类细胞信号的识别。文章提出了基于Coulter原理的数字微粒处理识别(DPR)算法,该算法可以识别单个细胞脉冲和两种原因产生的M信号,并可以有效避免非细胞信号的误识别,提高测量结果的准确度。最终采用硬件描述语言(VHDL)在现场可编程门阵列(FPGA)芯片上实现了该算法,并自主研发了基于FPGA的血细胞直方图分布统计电路,实现了血细胞分布统计的功能。该电路主要包括细胞信号量化、滤波、识别和统计等功能。其测量结果表明:DPR算法具有较高的识别效率,适用于血细胞计数仪器。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 选题的背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题的主要研究内容和重点  11-12
    1.3.1 研究内容  11
    1.3.2 主要难点  11-12
  1.4 课题研究预期目标  12
  1.5 文章结构安排  12-14
第2章血细胞计数方法概述  14-24
  2.1 激光散射法  14-15
  2.2 分光光度法  15-16
  2.3 显微图像法  16-17
  2.4 基于Coulter原理的计数方法  17-22
    2.4.1 Coulter原理  17-20
    2.4.2 信号类型及修正技术  20-22
  2.5 各种方法比较  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章血细胞信号识别算法研究  24-44
  3.1 模拟电路识别法  24-26
  3.2 细胞信号特征分析  26-32
    3.2.1 细胞脉冲信号波形  26-28
    3.2.2 细胞信号特征参数  28-32
  3.3 识别算法设计  32-43
    3.3.1 脉冲起点判别算法和脉冲终点判别算法  33-37
    3.3.2 DPR参数提取算法  37-41
    3.3.3 DPR参数判决算法  41
    3.3.4 干扰和数据飞点的处理算法  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章脉宽幅值算法在FPGA上的实现  44-71
  4.1 FPGA开发环境  44-49
    4.1.1 数字信号处理芯片的选择  44-47
    4.1.2 设计工具介绍  47-49
  4.2 血细胞信号零点恢复电路  49-53
  4.3 AD转换电路  53-54
  4.4 基于FPGA的细胞信号识别系统的设计  54-68
    4.4.1 数字滤波器的设计及其实现  55-64
    4.4.2 DPR参数提取电路设计  64-65
    4.4.3 DPR参数判决电路设计  65-66
    4.4.4 体积直方图统计电路设计  66-68
  4.5 采用DPR算法的血液分析仪  68-70
  4.6 本章小结  70-71
第5章系统性能测试  71-82
  5.1 SignalTap逻辑分析仪  71-72
  5.2 ADC TLC5510 采样性能测试  72-75
  5.3 FIR滤波器性能测试  75-76
  5.4 DPR参数判决电路性能测试  76-77
  5.5 DPR识别算法实际测试  77-80
    5.5.1 DPR准确性的模拟信号测试  77-78
    5.5.2 DPR准确性的实际测试  78-80
  5.6 系统整体测试  80-81
  5.7 本章小结  81-82
第6章结论与展望  82-84
  6.1 结论  82-83
  6.2 展望  83-84
参考文献  84-86
致谢  86-87
攻读学位期间参加的科研项目和成果  87

基于FPGA的血细胞脉冲信号识别算法的研究与实现

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