基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计

・基础研究・基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计
于　杰,李川勇,贾林壮
摘　要:目的　设计一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。

方法　在插入式信号采集板DAQ的硬件支持下,利用LabVIEW编程软件,设计了一套双通道心电信号采集系统,本系统用传统的心电图机采集心电信号,经过调解后,输
入计算机采集并显示,同时,为了能够对心电信号作进一步的研究,利用小波变换对心电信号进行了处理。

结果　成
功采集到心电信号,并计算了心率的大小。

关键词:LabVIEW;心电信号;采集系统
中图分类号:R540.41;TP311.52 文献标识码:A文章编号:1009-7090(2001)03-0131-0003
The Design of ECG Aquiring System on LabVIEW Y U Jie,LI Chuan-y ong,J I A Ling-zhuang Department o f Bio2 physics,Nankai Univer sity
Abstract:Objective　T o design the ECG acquiring system on LabVIEW.Methods　With a DAQ board,we design an ECG acquisi2
tion system based on LabVIEW.The electrocardiographic signal is conditioned by a traditional ECG machine and acquired by a DAQ
board on a com puter.A wavelet trans formation was used to process the acquired signal.R esults　The ECG signals were acquired success fully and the heartbeat rate was calculated.
K ey w ords:LabVIEW;ECG;collecting system
1　前言
生物电是生命的特征,心电是生物电的一种。

利用心电图等有关心电活动的曲线和图形资料为临床提供诊断信息,是心血管病不可缺少的检查诊断方法。

传统的心电图诊断方法是由三大功能模块组成:心电信号的记录、分析和表述结果,这三者都是由手工完成的,完全依靠医生的临床经验,在结果分析方面存在个体差异,并且在心电图结果的保存方面也有不便。

随着计算机技术的发展,计算机在心电图中的应用为人们从事心电学研究和进行临床诊断提供了现代化的手段,如果把传统心电图机的信号分析和处理、结果表达与输出等的功能由计算机完成,可以使传统心电图机在数据处理、表达、传送、存储等方面获得突破。

虚拟仪器是一种新兴的构造仪器的技术,它利用计算机强大的计算能力和丰富的软硬件资源来组
作者单位:南开大学生物物理系,天津　300071
收稿日期:2000-10-11;修回日期:2001-01-12织仪器系统,实现从传统仪器向计算机系统的过渡。

LabVIEW是基于虚拟仪器技术的应用开发软件,这种软件开发平台具有编程简单、结果直观的特点,这为开发出符合要求且界面友好的心电信号采集分析系统提供了方便。

我们使用了美国National Instruments公司的相关产品,利用LabVIEW511图形化软件开发平台的超强能力和DAQ数据采集板,采用虚拟仪器的方法,建立了一种新的心电信号采集、显示和分析方法,使传统的心电图机成为一个智能化的心电信号采集和分析系统。

2　系统的构成
心电信号采集和分析系统由软件和硬件两部分组成,硬件部分的任务是由传统的心电图机将心电信号转换为电信号,并进行信号调理,再由数据采集板DAQ通过其A/D转换等的功能,将信号以数字形式采集到计算机;软件部分通过编程将由硬件部分采集到的信号进行显示、分析和处理。

系统的结构框图如图1所示。

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211　硬件部分
硬件部分包括四部分:电极、心电图机、多功能数据采集板和计算机。

电极使用的是心电图标准导联电极,按照临床实践确立的12导联的常规位置;安放在身体的相应位置;心电图机使用的是上海光电医用电子仪器有限公司生产的M odel ECG -6511,作用是调理心电信号,包括信号的放大和预处理,预处理是由心电图机的滤波功能,滤除心电信号中的工频干扰和肌电干扰,然后信号通过心电图机上的CRO 插口引出,并接入到DAQ 板。

信号的A/D 转换和与计算机接口等功能由Na 2tional Instruments 公司生产的数据采集卡PI O -MI O -16E -1完成。

PI O -MI O -16E -1有16个模拟信号
输入端口,可构成16个单通道输入和8对差分输入,因此可以实现对多个信号的并行采集,对于心电信
号的输入方法我们采用的是差分输入,输入信号在A/D 转换时其采样精度为12bit ,经过A/D 转换的心
电信号由PI O -MI O -16E -1传给计算机的虚拟仪器工作环境,即可进行下一步的处理了。

本系统中使用了金长城P Ⅱ300个人计算机,型号为ABC6333PT -C 。

212　软件部分
软件部分的设计利用了美国NI 公司的LabVIEW 开发软件包,此开发软件包含了丰富的功能函数库和完备的总线设备驱动程序。

LabVIEW 的一个重要特色就是其基于图形(G raphing )的编程方式:Lab 2VIEW 采用了框图而非传统的文本方式和编程方法,
这种编程方法直观简便,有利于简化编程,缩短开发时间和降低开发难度。

图2　
软件流程图
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LabVIEW 开发环境分为前面板和流程图两部分,前者对应于一台实际仪器的面板,实现的是对仪表的控制和信号的表达功能;后者是程序的图形化源代码,它包括函数、结构、代表前面板上控制对象和显示对象的端子以及连线等,用于实现仪表对信号的采集处理等操作。

图2所示的是此采集系统的软件流程图。

本系统中软件部分的开发包括两部分:面板的设计和信号处理,前面板的结构如图3所示,其功能包括两大部分:系统的设置和信号处理。

R -R 间期的提取,系统中利用,提取特征点R ,即通过二次样条小波的21尺度变换,有效地突出QRS 波,效果如图4所示,经小波变换后,R 波非常明显,而且漂移也得到了一定的抑制,这样就可以提取R 波,并计算R -R 间期和心率。

原始信号经小波变换后,如图5提取R 波并计算心率。

3　讨论
用虚拟仪器的技术改造传统仪器使其智能化,是一个实际可行的方案,通过NI 公司的软硬件产品可以快速、经济地实现。

本文中用NI 的DAQ 和Lab 2VIEW 改造的心电信号采集系统,在实践中证明能够满足设计要求,而且结果的显示非常直观明了,与以往的系统相比,程序的设计也非常的简单。

对于基于LabVIEW 的心电信号采集系统,目前只是完成了其中的一部分内容,进一步的内容包括对心电图导联的自动选择、滤波器的选择等,以及信号处理软件的完善,如QT 间隔的提取、ST 段的位移和心率变异的计算等的工作,将继续进行。

参考文献:
〔1〕黄大显1现代心电图学〔M 〕1北京:人民军医出版社,
1998:1-3
〔2〕苗振魁1医用电子仪器〔M 〕1天津:天津大学出版社,
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〔4〕DAQ PCI E Series User Manual 〔M 〕1July 1997Edition ,Part
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