ECG simulator design with Spartan-3 FPGA

Spartan-3 FPGA를 이용한 ECG 시뮬레이터 설계

In this paper, we designed the FPGA hardware-based real-time ECG simulator, which generates an analog ECG signal within the range of 0 to 5 volts and described function. The ECG signal generated by the simulator can be applied to laboratory tests, the medical device, and the calibration study in various ways. ECG signals generated by simulator are obtained with conventional 24bit quantization to generate the signal data, and they are sampled and quantized to 1kHz of the 8-bit resolution when used as actual data. The proposed simulator is implemented using xilix Spartan-3 and data are transmitted through an RS-232 between the PC and the FPGA simulator. The transmitted data are stored in the memory and the stored data are printed out with the analog ECG signal through DAC (0808). It can also control the heart rate (HR) via the two buttons level UP-DOWN. We used existing ECG input rating for the evaluation of the designed system and evaluated differential circuit for obtaining QRS waveform and the output signal. We finally could obtained proper the result.

본 논문은 0-5 볼트의 범위에서 실시간 아날로그 ECG 신호를 생성하는 FPGA 하드웨어 기반 ECG 시뮬레이터를 설계하고 기능 및 특성을 기술하였다. 시뮬레이터에 의해 생성된 ECG 신호는 실험실 실험, 의료 기기 교정 및 연구에 사용되거나 다양하게 응용할 수 있다. 시뮬레이터의 ECG 신호는 신호 데이터를 생성하기 위하여 기존의 24bit 양자화로 획득한 후 실 데이터로 사용할 때에는 1kHz의 샘플링과 8비트로 분해, 양자화 되었다. 제안 시뮬레이터는 xilix Spartan-3를 이용하여 구현하였으며 PC와 설계 FPGA 시뮬레이터 간에 RS-232를 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다. 전송된 데이터는 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC(0808) 통하여 아날로그 ECG 신호로 출력되게 하였다. 또한 두 개의 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다. 설계된 시스템의 평가를 위하여 기존의 심전도 입력을 사용하여 출력신호와 QRS파형의 획득을 위한 미분회로 통과 결과를 평가한 결과 적합한 결과를 얻을 수 있었다.