【正文】 、濾波等調理工作， 本 設計根據(jù)信號的特點靈活地選擇 了 器件與設計電路。V／ mmHg、精度 ％ 、遲滯 ％、過載 100倍。使用TLV2262 設計的放大器和濾波器電路圖 如 圖 37所示 。 圖 311 為 50Hz 心電 信號仿真結果，從圖中可以看出， 50Hz 模擬信號因為 24 有濾波電路的存在，被很好的抑制了，達到了預期的效果。支持 ActiveX技術，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、端點、連線構成不同的數(shù)據(jù)流域，數(shù)據(jù)由起點向終點方向流動。 (3)解決程序所出現(xiàn)的錯誤。 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 實現(xiàn)的網(wǎng)絡結構或從單位脈沖響應分類，數(shù)字濾波器可以分為無限脈沖響應濾波器 (Infinite impulse response， IIR)和有限脈沖響 應濾波器 (Finite impulse response， FIR)。 信號輸入 是要進行濾波的波形。 狀態(tài) 的值為 TRUE（叉）時表示在 VI 或函數(shù)運行前已發(fā)生錯誤，值為 FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。 FIR 濾波器 規(guī)范 是用于指定 FIR 濾波器 的最小值。在同一個硬件平臺上，調用不同功能的軟件可構成不同功能的虛擬儀器，軟件是根據(jù)不同的信號分 析與處理技術編制的。 平均心率是在一定計數(shù)時間內(nèi)， R波個數(shù)和計數(shù)時間的比值，即 NF= T（ 次 /分 ） （ 42） 式中， T為計數(shù)時間 (分 )， N是 R波個數(shù) [16]。 本系統(tǒng)中用布爾指示燈顯示報警狀態(tài)，設定心率上限為 90次 /分，下限為 70 36 次 /分，當采集的心率高于 90次／分時，心動過速的指示燈便點亮 ， 當心率低于70次／分時，心動過緩的指示燈便點亮，顯示心率異常報警狀態(tài)，當心率為 80次／分時，則心率正常的指示燈點亮，同時，診斷結果提示框內(nèi)也顯示相應的文字信息．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)，心率測量是根據(jù)心電圖測量定瞬時心率和平均心率 【 8】 。在虛擬儀器系統(tǒng)中，信號的獲取與采集由以計算機為核心的硬件平臺來完成。 源 表示錯誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯誤或警告的 VI或函數(shù)名。簡易錯誤處理器或通用錯誤處理器 VI可用于顯示錯誤代碼的說明信息。 圖 413 濾波前后對比 34 在該設計中，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)典濾波器的特點是輸入信號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 ， 通過一個合適的選頻濾波器達到濾波目的。 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)存儲模塊 數(shù)據(jù)顯示模塊 No Yes 29 圖 44 建立數(shù)據(jù)庫 VI 圖 42為建立數(shù)據(jù)庫的 VI，用于存儲用戶數(shù)據(jù) [5]。本系統(tǒng)主要體現(xiàn)三個功能： (1)用戶提供簡單、美觀的操作界面。建立 VIs之間的層次結構，使用戶易于修改、交互、改變，并組合其他 VIs以創(chuàng)建更復雜的程序，子 VI調用的層次是沒有限制的。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實驗室虛擬儀器工作平臺 )是美國 NI公司 (Nation Instrument Company，簡稱 NI公司 )推出的一種基于 G語言 (Graphics Language，圖形化編程語言 )的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，用 LabVIEW設計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際硬件儀器相似的操作面板，同時 LabVIEW還為虛擬儀器設計者提供了一個便捷、輕松的設計環(huán)境，設計者利用它可以像搭積木一樣，輕松組建一個測量系統(tǒng)以及構造自己的儀器面板，而無需進行任何煩瑣的程序代碼的編寫。 圖 39為 50Hz 信號仿真結果，從圖中可以看出， 50Hz 模擬信號因為有濾波電路的存在，被很好的抑制了，達到了預期的效果。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、溫度靈敏度補償元件等模塊，典型的 如 HK2020系列脈搏振動傳感器，靈敏度高，抗干擾性能強，一致性好，但成本相對較高。通常取 k=。其典型結構如圖 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 主要決定于兩個方面。 后級放大及濾波電路 [9] 心電信號經(jīng)前級放大后幅值也只有 20mv左右，因 此后級放大是必要的，考慮到心電信號的頻帶寬度及所受工頻干擾，本 設計的后級放大及濾波電路如圖 35所示。 18 圖 34 心電信號前置放大電路 心電信號的放大對共模抑制比 (CMRR)要求很高，因為心電信號檢測時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淹沒。在第二章中已經(jīng)介紹過前置放大器的設計要求，高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、設置保護電路。 標準導聯(lián)只是反映體表某兩點之間的電位差，而不能探測某一點的電位變化，在此基礎上便產(chǎn)生了加壓肢體導聯(lián)。 （ 2） 檢測心電信號時存在強大的干擾，尤其是 50Hz 的工頻干擾，因此必須設計相應的電路來濾除它。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到 穩(wěn)定的直流電壓。預處理的核心是使用各種濾波技術提高信號的信噪比。在測量過程中，不可避免的滲入一 些干擾信號，因此要對信號進行放大、濾波等預處理，提高信噪比，濾除信號中的干擾成分，提取有用信息。 頻率響應 頻率響應指的是，在輸入正弦信號情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應。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)中用戶對界面進行操作，計算機接收到命令后，首先進行原始數(shù)據(jù)的預處理，經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)由 LabVIEW的 Waveform Graph圖控件顯示出信號曲線。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：整個程序在編制過程中使用標準控件和標準顯示件，采用事件激活處理方式，且標明注釋，便于其他操作人員學習和使用，也有利于日后進一步的研制和改進。 基于以上的要求和本課題的實際需要，本設計 選擇了 NI公司的 PCI6014型數(shù) 11 據(jù)采集卡。針對數(shù)據(jù)采集卡 ，這個軟件可以完成 NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測，性能測試、屬性配置和硬件刪除。這樣，放大器的內(nèi)部噪聲實際上使放大器能夠放大的信號具有一個下限，也就是說放大器的噪聲電平成為放大器設計的限制性條件。各個電極處的皮膚接觸電阻是不平衡的 ，而且因人而異，加之兩個電極本身的物理狀態(tài)不可能完全對稱，這樣使得與差動放大器兩個輸入端相連的源阻抗實 前級放大 后級放大和濾波 數(shù)據(jù)采集卡 心電信號、 脈搏信號 10 際變得十分復雜。再者，理論上源阻抗是信號頻率的函數(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，然后對心電信號進行前置放大、濾波，并將經(jīng)過前置放大后的心電信號傳送給數(shù)據(jù)采集卡，由數(shù)據(jù)采集卡進行 A/D轉換，最后將處理過的生理信號送到上位機進行處理。因此，我們在設計虛擬儀器系統(tǒng)時，對硬件的考慮不必拘 泥于常規(guī)的體系結構，而應該根據(jù)實際情況選擇或設計虛擬儀器的體系結構。對于心電監(jiān)護系統(tǒng)，要有體積小、便于攜帶的外型設計，簡單易懂的操作界面。 7 第二章 系統(tǒng) 總體設計 由于在設計生物醫(yī)學儀器時受到許多因素的影響，有些因素來自主觀的要求，有些因素是客觀的存在，因而在設計時要遵循一些設計原則和使用要求。 6 LabVIEW 是一種基于圖形編程語言 — G語言的可視化開發(fā)平臺，多被應用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領域 。對于簡單的測試任務，可由一個 VI完成：對于復雜的測試任務，則可按照模塊設計的概念，把一項復雜的測試任務變成一系列的子任務。虛擬儀器技術強調軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的概念。由于人體多種生物電信號和各種噪聲的交織，以及測量系統(tǒng)本身的影響，使得信號的處理是復雜和困難的。當細胞活動靜止下來時，電 位又逐步降低，直到恢復到以前休息狀態(tài)時那樣。 低頻特性 人體心電信號的頻率范圍是 ～ 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波代表心室的復極波。 人體心臟的原發(fā)性起博興奮點是竇房結，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程， P波波形小而圓鈍，歷時 ～ ，波幅不超過 。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。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。 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 pul