【正文】 、濾波等調(diào)理工作， 本 設(shè)計(jì)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)靈活地選擇 了 器件與設(shè)計(jì)電路。V／ mmHg、精度 ％ 、遲滯 ％、過(guò)載 100倍。使用TLV2262 設(shè)計(jì)的放大器和濾波器電路圖 如 圖 37所示 。 圖 311 為 50Hz 心電 信號(hào)仿真結(jié)果，從圖中可以看出， 50Hz 模擬信號(hào)因?yàn)? 24 有濾波電路的存在，被很好的抑制了，達(dá)到了預(yù)期的效果。支持 ActiveX技術(shù)，可以直接使用 VB、 VC生成的控件，可以在控件和程序之問交換數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、連線構(gòu)成不同的數(shù)據(jù)流域，數(shù)據(jù)由起點(diǎn)向終點(diǎn)方向流動(dòng)。 (3)解決程序所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 圖 47 用戶登錄系統(tǒng)主程序框圖 圖 47為用戶登錄系統(tǒng)的主程序框圖，用于用 戶的登錄和管理。 從 實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或從單位脈沖響應(yīng)分類，數(shù)字濾波器可以分為無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器 (Infinite impulse response， IIR)和有限脈沖響 應(yīng)濾波器 (Finite impulse response， FIR)。 信號(hào)輸入 是要進(jìn)行濾波的波形。 狀態(tài) 的值為 TRUE（叉）時(shí)表示在 VI 或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，值為 FALSE（勾）時(shí)表示警告或無(wú)錯(cuò)誤。 FIR 濾波器 規(guī)范 是用于指定 FIR 濾波器 的最小值。在同一個(gè)硬件平臺(tái)上，調(diào)用不同功能的軟件可構(gòu)成不同功能的虛擬儀器，軟件是根據(jù)不同的信號(hào)分 析與處理技術(shù)編制的。 平均心率是在一定計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)， R波個(gè)數(shù)和計(jì)數(shù)時(shí)間的比值，即 NF= T（ 次 /分 ） （ 42） 式中， T為計(jì)數(shù)時(shí)間 (分 )， N是 R波個(gè)數(shù) [16]。 本系統(tǒng)中用布爾指示燈顯示報(bào)警狀態(tài)，設(shè)定心率上限為 90次 /分，下限為 70 36 次 /分，當(dāng)采集的心率高于 90次／分時(shí)，心動(dòng)過(guò)速的指示燈便點(diǎn)亮 ， 當(dāng)心率低于70次／分時(shí)，心動(dòng)過(guò)緩的指示燈便點(diǎn)亮，顯示心率異常報(bào)警狀態(tài)，當(dāng)心率為 80次／分時(shí)，則心率正常的指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)，診斷結(jié)果提示框內(nèi)也顯示相應(yīng)的文字信息．需要工作人員注意。在本系統(tǒng)中采用的判斷方法 為 ：設(shè)定心率的最大值和最小值，也就是上限和下限。 心率是指心臟每分鐘搏 起的次數(shù)，心率測(cè)量是根據(jù)心電圖測(cè)量定瞬時(shí)心率和平均心率 【 8】 。在虛擬儀器系統(tǒng)中，信號(hào)的獲取與采集由以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)來(lái)完成。 源 表示錯(cuò)誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告的 VI或函數(shù)名。簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器或通用錯(cuò)誤處理器 VI可用于顯示錯(cuò)誤代碼的說(shuō)明信息。 圖 413 濾波前后對(duì)比 34 在該設(shè)計(jì)中，最主要的控件為數(shù)字 FIR濾波器 和 FFT頻譜（幅度 相位） ，如下 所示。經(jīng)典濾波器的特點(diǎn)是輸入信號(hào)中的有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占有不同的頻帶 ， 通過(guò)一個(gè)合適的選頻濾波器達(dá)到濾波目的。 開始 初 始 化PCI6014數(shù)據(jù)采集卡 創(chuàng)建兩路模 擬輸入通道 用 戶 登 錄 開始采集數(shù)據(jù) 退 出 系 統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)分析模塊 數(shù)據(jù)診斷模塊 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 數(shù)據(jù)顯示模塊 No Yes 29 圖 44 建立數(shù)據(jù)庫(kù) VI 圖 42為建立數(shù)據(jù)庫(kù)的 VI，用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù) [5]。本系統(tǒng)主要體現(xiàn)三個(gè)功能： (1)用戶提供簡(jiǎn)單、美觀的操作界面。建立 VIs之間的層次結(jié)構(gòu)，使用戶易于修改、交互、改變，并組合其他 VIs以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，子 VI調(diào)用的層次是沒有限制的。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái) )是美國(guó) NI公司 (Nation Instrument Company，簡(jiǎn)稱 NI公司 )推出的一種基于 G語(yǔ)言 (Graphics Language，圖形化編程語(yǔ)言 )的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，用 LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離 LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶最終看到的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板，同時(shí) LabVIEW還為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)以及構(gòu)造自己的儀器面板，而無(wú)需進(jìn)行任何煩瑣的程序代碼的編寫。 圖 39為 50Hz 信號(hào)仿真結(jié)果，從圖中可以看出， 50Hz 模擬信號(hào)因?yàn)橛袨V波電路的存在，被很好的抑制了，達(dá)到了預(yù)期的效果。A 。另一種傳感器 以力敏元件 PVDF壓電薄膜為核心，集成了感溫元件、溫度靈敏度補(bǔ)償元件等模塊，典型的 如 HK2020系列脈搏振動(dòng)傳感器，靈敏度高，抗干擾性能強(qiáng)，一致性好，但成本相對(duì)較高。通常取 k=。其典型結(jié)構(gòu)如圖 36雙 T有源帶阻濾波器的傳遞函數(shù)為： 圖 36 雙 T 有源帶阻濾波器 202020 ( )() 1 ( / ) 4 (1 ) /wwH jw w w j k w w??? ? ? ? （ 35） 其陷波頻率由雙 T 網(wǎng)絡(luò)決定，即： 131 3 2 1 31 1 6 8 6 8 5 0 z2 2 6 8 6 8 1 3 6 4 6 4 6CC n F n FfHC C C R R n F n F n F K K?? ? ?? ? ?? ? ? ? （ 36） 雙 T有源帶阻濾波器的特性 主要決定于兩個(gè)方面。 后級(jí)放大及濾波電路 [9] 心電信號(hào)經(jīng)前級(jí)放大后幅值也只有 20mv左右，因 此后級(jí)放大是必要的，考慮到心電信號(hào)的頻帶寬度及所受工頻干擾，本 設(shè)計(jì)的后級(jí)放大及濾波電路如圖 35所示。 18 圖 34 心電信號(hào)前置放大電路 心電信號(hào)的放大對(duì)共模抑制比 (CMRR)要求很高，因?yàn)樾碾娦盘?hào)檢測(cè)時(shí)所受到的干擾大多是 共模干擾，如 50Hz的工頻干擾等，這些干擾常把微弱的心電信號(hào)淹沒。在第二章中已經(jīng)介紹過(guò)前置放大器的設(shè)計(jì)要求，高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、設(shè)置保護(hù)電路。 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)只是反映體表某兩點(diǎn)之間的電位差，而不能探測(cè)某一點(diǎn)的電位變化，在此基礎(chǔ)上便產(chǎn)生了加壓肢體導(dǎo)聯(lián)。 （ 2） 檢測(cè)心電信號(hào)時(shí)存在強(qiáng)大的干擾，尤其是 50Hz 的工頻干擾，因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路來(lái)濾除它。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到 穩(wěn)定的直流電壓。預(yù)處理的核心是使用各種濾波技術(shù)提高信號(hào)的信噪比。在測(cè)量過(guò)程中，不可避免的滲入一 些干擾信號(hào)，因此要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等預(yù)處理，提高信噪比，濾除信號(hào)中的干擾成分，提取有用信息。 頻率響應(yīng) 頻率響應(yīng)指的是，在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。本系統(tǒng)模擬放大器的放大倍數(shù)為 1000倍，則分辨率為： A=／ 1000=(181。在該系統(tǒng)中用戶對(duì)界面進(jìn)行操作，計(jì)算機(jī)接收到命令后，首先進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)由 LabVIEW的 Waveform Graph圖控件顯示出信號(hào)曲線。這不僅使操作者感到輕松自如，而且可減少用戶誤操作的可能性。 (4)可讀性強(qiáng)：整個(gè)程序在編制過(guò)程中使用標(biāo)準(zhǔn)控件和標(biāo)準(zhǔn)顯示件，采用事件激活處理方式，且標(biāo)明注釋，便于其他操作人員學(xué)習(xí)和使用，也有利于日后進(jìn)一步的研制和改進(jìn)。 基于以上的要求和本課題的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì) 選擇了 NI公司的 PCI6014型數(shù) 11 據(jù)采集卡。針對(duì)數(shù)據(jù)采集卡 ，這個(gè)軟件可以完成 NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測(cè)，性能測(cè)試、屬性配置和硬件刪除。這樣，放大器的內(nèi)部噪聲實(shí)際上使放大器能夠放大的信號(hào)具有一個(gè)下限，也就是說(shuō)放大器的噪聲電平成為放大器設(shè)計(jì)的限制性條件。各個(gè)電極處的皮膚接觸電阻是不平衡的 ，而且因人而異，加之兩個(gè)電極本身的物理狀態(tài)不可能完全對(duì)稱，這樣使得與差動(dòng)放大器兩個(gè)輸入端相連的源阻抗實(shí) 前級(jí)放大 后級(jí)放大和濾波 數(shù)據(jù)采集卡 心電信號(hào)、 脈搏信號(hào) 10 際變得十分復(fù)雜。再者，理論上源阻抗是信號(hào)頻率的函數(shù)，電極阻抗也是頻率的函數(shù)，變化規(guī)律都是隨頻率的增加而下降。首先由傳感器提取人體心電信號(hào)，然后對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行前置放大、濾波，并將經(jīng)過(guò)前置放大后的心電信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)采集卡，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，最后將處理過(guò)的生理信號(hào)送到上位機(jī)進(jìn)行處理。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)時(shí)，對(duì)硬件的考慮不必拘 泥于常規(guī)的體系結(jié)構(gòu)，而應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇或設(shè)計(jì)虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，要有體積小、便于攜帶的外型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單易懂的操作界面。 7 第二章 系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) 由于在設(shè)計(jì)生物醫(yī)學(xué)儀器時(shí)受到許多因素的影響，有些因素來(lái)自主觀的要求，有些因素是客觀的存在，因而在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循一些設(shè)計(jì)原則和使用要求。 6 LabVIEW 是一種基于圖形編程語(yǔ)言 — G語(yǔ)言的可視化開發(fā)平臺(tái)，多被應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域 。對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)試任務(wù)，可由一個(gè) VI完成：對(duì)于復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，則可按照模塊設(shè)計(jì)的概念，把一項(xiàng)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的概念。由于人體多種生物電信號(hào)和各種噪聲的交織，以及測(cè)量系統(tǒng)本身的影響，使得信號(hào)的處理是復(fù)雜和困難的。當(dāng)細(xì)胞活動(dòng)靜止下來(lái)時(shí)，電 位又逐步降低，直到恢復(fù)到以前休息狀態(tài)時(shí)那樣。 低頻特性 人體心電信號(hào)的頻率范圍是 ～ 100Hz，主要頻率分量集中在 ～ 20Hz，其頻率是比較低的。 P 波代表心房的除極波， QRS綜合波代表心室的除極波， T波代表心室的復(fù)極波。 人體心臟的原發(fā)性起博興奮點(diǎn)是竇房結(jié)，它位于上腔靜脈和右心房的交界處。 P波反映左右兩心房的去極化過(guò)程， P波波形小而圓鈍，歷時(shí) ～ ，波幅不超過(guò) 。此心電監(jiān)護(hù) 系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)保存，而且操作界面簡(jiǎn)潔友好，便于 掌握。國(guó)外此類典型產(chǎn)品為 Madab，國(guó)內(nèi)此類產(chǎn)品有成都泰盟公司推出的 Biotabo等。 關(guān)鍵詞 ：虛擬儀器 ； 心電 信號(hào) ； LabVlEW； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 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 pul