使用LabVIEW進(jìn)行心電信號(hào)的采集與分析

　　通過(guò)30多年的發(fā)展，美國(guó)國(guó)家儀器(NI)在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域奠定了領(lǐng)導(dǎo)地位，從便攜式USB設(shè)備到高精度PXIe同步采樣設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)從8位到24位的分辨率，以及48kHz到2GHz的采樣率。同時(shí)NI設(shè)備將增益誤差、偏移誤差、不確定噪聲等各種誤差值綜合考量之后，提供了絕對(duì)精度值，以確保最終測(cè)量的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)ECG信號(hào)的頻率在幾百赫茲左右，可以通過(guò)1k到5k左右的采樣率進(jìn)行采樣，另外，根據(jù)應(yīng)用的精度區(qū)別，可以選擇14～16bit采樣精度，基本上NI任何平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備均可以滿(mǎn)足ECG的采樣需求?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的不同，選擇合適的設(shè)備，如在便攜式設(shè)備中選擇USB數(shù)據(jù)采集，在遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用中選擇無(wú)線(xiàn)采集等。

　　圖2 從USB到無(wú)線(xiàn)的NI數(shù)據(jù)采集方案

　　無(wú)論使用何種NI硬件平臺(tái)，都可以通過(guò)同一種編程平臺(tái)——NI圖形化編程軟件LabVIEW實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)。自1986年誕生以來(lái)，LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)一直致力于簡(jiǎn)化編程的復(fù)雜性，在所有涉及到數(shù)據(jù)采集和控制的領(lǐng)域里，LabVIEW圖形化編程方式都已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具。對(duì)于醫(yī)療電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，LabVIEW提供了將硬件I/O引入算法設(shè)計(jì)的快捷方式，無(wú)縫結(jié)合從數(shù)據(jù)采集、算法分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及人機(jī)交互等全方面流程，同時(shí)不同NI硬件可通過(guò)代碼重用，發(fā)布到不同商業(yè)化、嵌入式平臺(tái)，簡(jiǎn)化構(gòu)建原型系統(tǒng)的復(fù)雜性。

　　通過(guò)LabVIEW以及NI采集設(shè)備，ECG信號(hào)可以快速的被采集并顯示。圖1顯示了一個(gè)典型的心電波形周期。當(dāng)然，過(guò)程中，心電信號(hào)會(huì)被噪聲和人為引入的偽影所污染，這些噪聲和偽影在我們感興趣的頻段內(nèi)，并且與心電信號(hào)本身有著相似的特性。為了從帶有噪聲的心電信號(hào)中提取出有用的信息，我們需要對(duì)原始的心電信號(hào)進(jìn)行處理。

　　從功能上來(lái)說(shuō)，心電信號(hào)的處理可以大致分為兩個(gè)階段：預(yù)處理和特征提取(如圖3所示)。預(yù)處理階段消除和減少原始心電信號(hào)中的噪聲，而特征提取階段則從心電信號(hào)中提取診斷信息。

　　圖3 典型的心電信號(hào)處理流程圖

　　通過(guò)LabVIEW中的信號(hào)處理功能，用戶(hù)可以方便地創(chuàng)建針對(duì)兩個(gè)階段的信號(hào)處理應(yīng)用，包括消除基線(xiàn)漂移、清除噪聲、QRS綜合波檢測(cè)、胎兒心率檢測(cè)等。

　　接下來(lái)將著重討論使用LabVIEW進(jìn)行典型的心電信號(hào)處理的方法。