【正文】 般在 以下，屬于低頻干擾 [8]。利用該濾波器對(duì)于帶有工頻干擾和基線漂移的心電信號(hào)的濾波過程和結(jié)果如圖 39 所示。 圖 37 濾除工頻干擾的帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)框圖 心電信號(hào)中除了 50Hz 工頻干擾外，往往還有低于 的基線漂移，因而這里采用了具有梳狀帶通濾波特性的濾波器，其傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)為： . nPMnBP ZZKZH )11(1)( ????? (32 ) nwPMjnnnjwBP ewPwMKeH22s i n2s i n1)( ??? (33) 式中ffP s?， sf 為采樣頻率，本系統(tǒng)中為 1000Hz， f 為工頻，這里為 50Hz，因而 20?P ， PMK? ， Mn和 決定了濾波器的阻帶帶寬，由于沒有解析式計(jì)算Mn， 和 阻 帶 帶 寬 的 關(guān) 系 ， 因 而 通 過 實(shí) 驗(yàn) ， 本 系 統(tǒng) 選 取162320 ??? KnM ，這樣， ，由此計(jì)算得到濾波器的頻率響應(yīng)為： 2203202 )11(161)( ????? ZZZH BP (34) wjnnjwBP ewweH 3002 10s i n 160s i n161)( ?? (35) 該帶通濾波器在時(shí)域上的差分方程為： )40()20(2)640()320(2)()( ????????? nynynxnxnxny (36) 該濾波器具有 300 的延遲，因而全通網(wǎng)絡(luò)也作一定的延遲，這樣帶阻濾波器的 傳遞函數(shù)為： 2203202300 )11(161)( ??? ???? ZZZZH BS (37) )10s i n 160s i n16 11()( 2300 wweeH nnwjjwBS ?? ? (38) 該帶阻濾波器在時(shí)域上的差分方程為： 256 )()300()( nynxnw ??? (39) 該濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)如圖 38 所示。 圖 35 平滑濾波器與 50HzFIR 陷波器濾波效果比較 . 圖 36 平滑濾波器與 50HzFIR 陷波器幅頻特性比較 2) 利用簡(jiǎn)單整系數(shù)濾波器消除工頻干擾與基線漂移 利用極點(diǎn)和零點(diǎn)抵消技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單整系數(shù)濾波器，實(shí)際上它是利用了 IIR 濾波器的遞歸特性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) FIR 濾波器，但是由于其系數(shù)為整數(shù)，計(jì)算量小，又具有嚴(yán)格的線性相位特性，因而具有較好的實(shí)用價(jià)值。該平滑濾波器的濾波效果如圖 35 (b)所示。通過軟件來濾除干擾的方式得到了人們極大的關(guān)注，并已逐漸顯示出 替代硬件化模擬濾波器的趨勢(shì)。 剔除心電信號(hào)中的干擾一般從硬件電路優(yōu)化設(shè)計(jì)和軟件數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手。由此可見噪聲信號(hào)基本覆蓋了有用的心電信號(hào)的全頻率范圍。它的幅值約是 ECG 峰 峰值的 200％，維持時(shí)間為 110 秒。 圖 34 電極接觸噪聲示意圖 電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻儀器噪聲 外科手術(shù)中用的器具的高頻電流會(huì)完全改變 ECG 信號(hào)。電極接觸噪聲可以看作是一個(gè)隨機(jī)發(fā)生的快速基線改變，這種改變可能只發(fā)生一次，這種情況只產(chǎn)生一個(gè)階躍干擾，也可能快速發(fā)生好幾次。 圖 33 肌電干擾示意圖 . 電極接觸噪聲 電極接觸噪聲是由于電極和皮膚接觸不良或是被測(cè)對(duì)象和測(cè)量系統(tǒng)脫離引起的瞬態(tài)干擾 (見圖 34)。如圖 33所示。工頻干擾在心電信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)，因此它是心電信號(hào)檢測(cè)與處理過程中必須考慮的一種干擾。呼吸所引起的ECG 信號(hào)的幅度的變化可以達(dá)到 15％基線漂移的頻率約是從 到 ，如圖 31 所示。呼吸引起的基線漂移可以看成是一個(gè)以呼吸的頻率加入 ECG 信號(hào)的竇性成分。 另外，由于呼吸的加劇導(dǎo)致電極松動(dòng)和移位而帶來一種不穩(wěn)定的干擾。鑒于數(shù)字濾波器的這些優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)诒菊撐脑O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中利用數(shù)字濾波器的來對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)字濾波器可以避免模擬濾波器所固有的這些缺點(diǎn)，而且在設(shè)計(jì)任意的幅頻特性的同時(shí)，還可以保證精 確嚴(yán)格的線性相位特性。它不僅能實(shí)現(xiàn)模擬濾波器的功能，而且在某些方面其性能要優(yōu)于模擬濾波器。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為一門新興學(xué)科，由于技術(shù)的先進(jìn)性和應(yīng)用的廣泛性，越來越顯示出其強(qiáng)大的生命力。 . 心電信號(hào)預(yù)處理研究 引言 微弱的心電信 號(hào)容易受到來自人體內(nèi)外的多種干擾，其特征被淹沒在復(fù)雜的信號(hào)之中，為了有效地提取心電信號(hào)，抑制噪聲，就有必要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。軟件系統(tǒng)基于 LabVIEW 平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，主要包括數(shù)據(jù)采集和分析處理兩大部分。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 基于虛擬儀器的心電采集處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。 目前， LabVIEW 已成為數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析等方面的領(lǐng)先開發(fā)平臺(tái)，在世界范圍內(nèi)擁有眾多的用戶。端口分為輸入端口和輸出端口，輸入端口只能連接控制量，輸出端口只能連接顯示量，節(jié)點(diǎn)用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框用來使程序控制命令結(jié)構(gòu)化，連線用來表示程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流。 LabVIEW 根據(jù)控制件和顯示件所代表的數(shù)據(jù)類型的不同并用類似各種儀器常用的控制件和顯示件的圖形來表達(dá)每一個(gè)前面板都對(duì)應(yīng)一段圖形代碼，就相當(dāng)于文本式編程語言的程序源代碼，不過在 LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)中是以圖形化語言實(shí)現(xiàn)的。前面板主要實(shí)現(xiàn)程序的輸入和輸出功能，由控制件元素 和顯示件元素構(gòu)成。 LabVIEW 與以往那些基于文本的高級(jí)編程語言不同，它采用一種全新的數(shù)據(jù)流圖編程方式，即用形象的圖標(biāo)和連線來代替一行一行的文本，這種方法非常符合科學(xué)家和工程師所習(xí)慣和常用的框圖模塊方法及思維方式。 由于 LabVIEW 程序的運(yùn)行及其表現(xiàn)形式都和實(shí)際儀器相似，所 以 LabVIEW已被用作一種典型的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)?；贚abVIEW 的虛擬儀器技術(shù)在汽車、航空航天、半導(dǎo)體、通信、機(jī)械工程、生物醫(yī)療、地質(zhì)勘探、鐵路交通等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 LabVIEW 是由美國(guó) NI 公司開發(fā)的革命性的圖形化編程平臺(tái)，它在數(shù)據(jù)采集(data acquisition ， DAQ) 、 虛 擬 儀 器 軟 件框 架 (virtual instrument software architecture， VISA)、通用接口總線 (general purpose interface bus， GPIB)及串口儀器控制、圖像處理、運(yùn)動(dòng)控制 (motion control)、數(shù)據(jù)分析和圖表顯示方面都具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。目前常用的虛擬儀器開發(fā)軟件主要有： NI公司的圖形化編程語言 LabVIEW、 LabWindows／ CVI 系列， HP 公司的 VEE以及傳統(tǒng)的編程語言如 VC++、 VB 等。虛擬儀器技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，因此計(jì)算機(jī)編程就變得很重要。 在一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件主要完成對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的控制、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)對(duì)話功能?；?PC 機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部分 ；現(xiàn)場(chǎng)傳感器及執(zhí)行結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)理 (信號(hào)放大、濾波、隔離、激勵(lì) )和數(shù)據(jù)采集板卡以及進(jìn)行系統(tǒng)控制和信號(hào)處理的計(jì)算機(jī)。虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)成可以分為硬件和軟件兩大部分。 第六章為總結(jié)和展望，總結(jié)了全文的工作，并提出了進(jìn)一步的研究方向。 第五章為程序設(shè)計(jì)與系統(tǒng)測(cè)試部分。 第三章為心電信號(hào)預(yù)處理研究，對(duì)心電信號(hào)中的噪聲來源和相關(guān)的去噪算法作了較為詳細(xì)的闡述。介紹了課題的背景和研究意義；闡明了動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)，并 對(duì)國(guó)內(nèi)外心電監(jiān)護(hù)與自動(dòng)診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。該軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是用于實(shí)現(xiàn)一種基于虛擬儀器的心電采集處理系統(tǒng)，用于動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)和自動(dòng)分析診斷。目前在進(jìn)一步提高信號(hào)的檢測(cè)率、準(zhǔn)確率以及使分析診斷系統(tǒng)小型化方面，仍有大量的研究工作在進(jìn)行 [2]。該系統(tǒng)由于對(duì)早期心血管疾病和一過性心律失常的檢測(cè)有其獨(dú)特功能，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外心電信號(hào)自動(dòng)診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 早期的心電信號(hào)分析診斷是由醫(yī)生完成的，這一過程無疑費(fèi)時(shí)費(fèi)力且可靠性不高。據(jù)一九七七年統(tǒng)計(jì)， . 美國(guó)每五千萬至八千萬份心電圖中，有五百萬份由電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析診斷，日本每?jī)汕f份心電圖中，有二十萬份由電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析診斷。 隨著醫(yī)學(xué)水平的不斷提高以及 Holter 記錄儀的出現(xiàn)，心電圖的數(shù)量急劇增加，完全由醫(yī)生手工分析所有心電圖數(shù)據(jù)已經(jīng)不可能實(shí)現(xiàn)。 心電信號(hào)自動(dòng)診斷技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)對(duì)心電圖進(jìn)行處理的技術(shù)，主要用于去除心電圖中的雜波、特征值提取、波形判斷等。而且遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以長(zhǎng)期采集病人心電圖，不受記錄介質(zhì)容量的限制，還可以靈活地選擇是否傳送心電數(shù)據(jù)，例如，病人可以選擇在感覺不適或易發(fā)病時(shí)間段傳送數(shù)據(jù)，在狀態(tài)好時(shí) 選擇不傳送數(shù)據(jù)，具有方便靈活的特點(diǎn)。遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域采用多項(xiàng)現(xiàn)代化的通訊和信息工程技術(shù)，遠(yuǎn) 距離為患者提供醫(yī)療服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì) 20％患有心臟病的病人在發(fā)病時(shí)需要緊急處理，在這種情況下，時(shí)問變得尤為重要，對(duì)病人心臟活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控常常成為挽救病人生命的關(guān)鍵點(diǎn)。 Holter記錄儀是病人佩戴在身上的一種便攜式儀器，用來采集病人的心電圖并存儲(chǔ)于記錄介質(zhì)上。 正是由于動(dòng)態(tài)心電圖具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為臨床心臟病診斷所不可或缺的主要檢查手段之一。動(dòng)態(tài)心電記錄儀可以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間記錄被測(cè)試者的心電活動(dòng)的全過程，包括休息、活動(dòng)、進(jìn)餐、工作、學(xué)習(xí)和睡眠等 . 不同情況下的心電圖資料。 動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)以及心電信號(hào)自動(dòng)診斷技術(shù)的發(fā)展 動(dòng)態(tài)心電圖是 (Oynamic Electrocardiography，簡(jiǎn)稱 DCG)于 1949 年由美國(guó)人Holter 首創(chuàng)，故又稱 Holter 心電圖。 90％以上的心律失常通過體表心電圖分析可以做出診斷。此外，心電圖是反映一定時(shí)間和空間的生物電活動(dòng) ，不能直接反映心臟物理活動(dòng)和血流動(dòng)力學(xué)改變，有時(shí)患者在臨床上已確診有心臟病，甚至已發(fā)生心力衰竭，而心電圖檢查仍可能是正常的