【正文】 基于 LabVIEW的心電監(jiān)護系統(tǒng)設計 摘 要 心臟病是嚴重威脅人類健康和生命的主要疾病之一。心電監(jiān)護系統(tǒng)可以及時獲取患者的心電信息，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取相應的處理措施，是降低心臟病死亡率的有效手段之一。 美國國家儀器有限公司 (National Instruments，簡稱 NI)開發(fā)的虛擬儀器編程語言 LabVIEW提供豐富的函數(shù)庫，利用 I/O接口設備完成信號的采集和測試，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用計算機顯示器來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，從而利用計算機儀器系統(tǒng)技術來完成各 種測試功能。 本文通過對國內(nèi)外醫(yī)療系統(tǒng)發(fā)展的分析，針對現(xiàn)代醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的要求，利用 LabVIEW平臺開發(fā)了基于虛擬儀器的心電監(jiān)護系統(tǒng)。 首先，根據(jù)心電信號的特點，設計心電采集模塊，包括心電前置放大器，右腿驅動電路，高通濾波器，低通濾波器，可變 Q值 50Hz雙 T陷波電路和增益可調電路。 其次，軟件上采用 LabVlEW強大的圖形語言，設計了操作簡單、界面優(yōu)美的PC機測試系統(tǒng)，包括對采集上來的心電信號、脈搏信號的分析處理和顯示存儲，同時設置了自動報警系統(tǒng)，操作者可以實時監(jiān)測被測者的心電情況，便于及時做出診斷，及早治 療。 關鍵詞 ：虛擬儀器 ； 心電 信號 ； LabVlEW； 實時監(jiān)測 ABSTRACT Heart disease is one of the major diseases which is a serious threat to human health and life. ECG monitoring system can access to the ECG information of patients tim ely and then detect anomalies and take corresponding measures, which is an effective means of reducing mortality of heart disease. National Instruments Developed a Virtual Instrument languageLabVIEW： it has abundant functions． Using I/O instrument realize acquisition and testing of signals，using powerful software realize calculating and analyzing and disposing of data, using the displayer to simulate the tradition control panel． in order to realize all kinds of testing functions through puter． Based on the analysis of the foreign Telemedicine development， according to the recent Telemedicine requirements． design a system based on Virtual Instrument． Firstly, electrocardio signal collective module， including ECG signal preamplifier, highpass filter， lowpass filter,50 Hz double T trap filter with adjustable Q value，circuit with adjustable gain， has been designed according to the ECG feature． Second， using powerful graph language LabVIEW， designed an easy to operate and beautiful PC Test system， including the analysis ,disposal , display and store the ECG data and pulse data. meanwhile， by designing auto— alerting system， the operator Can measure the ECG quality of the patient real time， then Can give the diagnoses and treatment． keywords： Virtual Instrument ； ECG data ； LabVIEW ； realtime detection 目 錄 第一章 緒論 .................................... 1 引言 ........................................... 1 生物醫(yī)學信號簡介 ............................... 2 生物醫(yī)學信號的特點 ......................... 2 心電信號的產(chǎn)生機理及臨床應用 ................ 2 心電信號的特點 ............................. 3 虛擬儀器 (VirtuaI Instrument) .................... 4 虛擬儀器應用于生物信號檢測的意義 ............ 4 虛擬儀器概述 ............................... 5 簡介 ................................ 5 本文主要研究內(nèi)容 ............................... 6 第二章 系統(tǒng)總體設計 ............................ 7 系統(tǒng)設計原則 ................................... 7 系統(tǒng)整體組成及工作原理 ......................... 7 系統(tǒng)硬件組成 ................................... 8 前置放大器的設計 ........................... 9 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 .................... 10 系統(tǒng)軟件組成 .................................. 11 模塊化結構設計 ............................ 11 軟件設計思想 .............................. 11 系統(tǒng)的軟件部分編寫 ........................ 12 技術指標 ...................................... 13 第三章 系統(tǒng)硬件設計 ........................... 14 心電監(jiān)控系統(tǒng)硬件的組成 ........................ 14 心電信號調理 .................................. 15 脈搏信號調理 .................................. 21 傳感器的選擇 .............................. 21 放大與濾波電路 ............................ 21 仿真結果 .............................. 22 第四章 系統(tǒng)軟件設計 ........................... 25 概述 ................................... 25 系統(tǒng)的程序結構 ................................ 25 各部分模塊子程序設計原理 ...................... 27 用戶登錄模塊 .............................. 28 數(shù)據(jù)采集模塊 .............................. 30 數(shù)據(jù)處理模塊 .............................. 32 數(shù)據(jù)分析、報警模塊 ........................ 35 數(shù)據(jù)顯示、存儲模塊 ........................ 38 第五章 結論 ................................... 41 參考文獻 ...................................... 42 致謝 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 附錄 .......................................... 43 1 第一章 緒論 近些年來，隨著人們生活節(jié)奏的加快，患心血管疾病的人數(shù)逐年遞增，據(jù)官方統(tǒng)計，每年有近 1200萬人死于心血管疾病，接近世界人口總死亡數(shù)的 1/4，成為人類健康的頭號殺手。世界衛(wèi)生組織 (WHO)總干事中島宏博士說：“在今天的世界上，心血管疾病比其他任何疾病殺死更多的人，并使千百萬人致殘?！苯?30年來，盡管除東歐各國外的大多數(shù)國家心血管病死亡率都有不同程度的下降，但其仍是多數(shù)國家 45歲以上男性的第一位死因，在女性中，則是僅次于 腫瘤的第二位死因，嚴重影響著人類的期望壽命和生存質量。 人體血液在心臟舒張和收縮的一個周期內(nèi)，會沿動脈血管壁產(chǎn)生前向傳播的脈搏波，脈搏中包含著豐富的生理信息，如心臟機能、呼吸機能以及血管硬化程度等。所以，完成對脈搏波信號的采樣、分析以及準確、直觀的波形顯示是一項有實際意義的工作，并且一直是醫(yī)療電子領域的研究熱 點。 心電監(jiān)護系統(tǒng)可以及時獲取患者的心電信息，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取相應的處理措施，是降低心臟病死亡率的有效手段之一。從發(fā)展的角度來看，醫(yī)療監(jiān)護產(chǎn)品的無線化、網(wǎng)絡化是發(fā)展趨勢，移動型、具備無線聯(lián)網(wǎng)功 能的監(jiān)護產(chǎn)品將成為未來市場的主流。國外此類典型產(chǎn)品為 Madab，國內(nèi)此類產(chǎn)品有成都泰盟公司推出的 Biotabo等。但目前國內(nèi)外已有的此類產(chǎn)品存在通訊距離短、監(jiān)護路數(shù)有限、系統(tǒng)功能單一、體積較大、價格昂貴、靈活性差、難以滿足特定的需要等不足。這使得整個數(shù)據(jù)采集裝置不容易攜帶，給那些行動有障礙的病人帶來不便，也給醫(yī)護人員的工作帶來不便 [1]。為了更好地滿足一些大型、綜合性醫(yī)院和生物醫(yī)學工程專業(yè)的研究所及實驗教學、科研的需要，進行心電監(jiān)護系統(tǒng)的研究和設計工作是十分必要的。 人體血液在心臟舒張和收縮的一個周期內(nèi)，會 沿動脈血管壁產(chǎn)生前向傳播的脈搏波，脈搏中包含著豐富的生理信息，如心臟機能、呼吸機能以及血管硬化程度等。所以，完成對脈搏波信號的采樣、分析以及準確、直觀的波形顯示是一項有實際意義的工作，并且一直是醫(yī)療電子領域的研究熱 點。 根據(jù)以上論述以及調查表明，心血管疾病患者迫切的需要 一 種功能強大、價格適宜、使用方便 的心電監(jiān)護系統(tǒng)的出現(xiàn) 。 本文 設計 了 雙通道 虛擬心電監(jiān)護儀系統(tǒng)，實現(xiàn)對心電信號 、脈搏 信號 進行采集 、 讀取、濾波 和 保存 ，自動計算心率并對異常心電給予報警。此心電監(jiān)護 系統(tǒng) 可以實現(xiàn)長時間的數(shù)據(jù)保存，而且操作界面簡潔友好，便于 掌握。 2 生物醫(yī)學信號包括心電信號、呼吸信號、腦電信號、肌電信號、血壓信號、脈搏信號等等，這些信號都具有以下幾個特點： (1)頻率特性絕大多數(shù)生物醫(yī)學信號處在低頻段，一般認為在 Dc至 10kHz之間。 (2)幅值特性絕大多數(shù)生物醫(yī)學信號幅值非常微弱，隨人的年齡、人體部位的不同或個體差異，幅度變化也較大。 (3)各類生物醫(yī)學信號常常復合交織在一起如在采集心電信號時，常常混雜有頻帶復用 (或部分復用 )而強度更大的肌電信號以及其他無規(guī)律的運動干擾信號等，給目標信號 采集帶來很大困難。 心臟細胞除極和復極的電生理現(xiàn)象，是心臟運動的基礎。由心臟內(nèi)部產(chǎn)生的一系列非常協(xié)調的電刺激脈沖，分別使心房、心室的肌肉細胞興奮，使之有節(jié)律的舒張和收縮，從而實現(xiàn)“血液泵”的功能，維持人體循環(huán)系統(tǒng)的正常運轉。心電信號則是從宏觀上記錄心臟細胞的除極和復極過程，從一定程度上客觀反映了心臟各部位的生理狀況，因而在臨床醫(yī)學中有重要意義。 心電圖是在身體表面間接記錄出來的心臟的電信號變化，所以電極放置的 位置 不同，記錄出來的波形上也有所不同，但基本上都包括一個 P波 、一個 QRS波群和一個 T波，有時在 T波后，還會出現(xiàn)一個小的 U波，典型的心電波形見圖 11。 P波反映左右兩心房的去極化過程， P波波形小而圓鈍，歷時 ～ ，波幅不超過 。 QRS波群代表左右兩心房去極化過程的電位變化。典型的 QRS波群，包括三個緊密相連的電位波動，第一個向下的波為 Q波，以后是高而向上的 R波，最后是一個向下的 S波。正常的 QRS波群歷時約 ～ ，代表心室肌興奮擴散所需的時間。 T波反映心室復雜