基于LabVIEW的心電信號采集與分析設計方案

通過LabVIEW以及NI采集設備，ECG信號可以快速的被采集并顯示。圖1顯示了一個典型的心電波形周期。當然，過程中，心電信號會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，并且與心電信號本身有著相似的特性。為了從帶有噪聲的心電信號中提取出有用的信息，我們需要對原始的心電信號進行處理。

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

圖3 典型的心電信號處理流程圖

通過LabVIEW中的信號處理功能，用戶可以方便地創(chuàng)建針對兩個階段的信號處理應用，包括消除基線漂移、清除噪聲、QRS綜合波檢測、胎兒心率檢測等。

接下來將著重討論使用LabVIEW進行典型的心電信號處理的方法。

2 心電信號預處理

心電信號預處理可以幫助用戶去除心電信號中的污染。廣義上講，心電信號污染可以分為如下幾類：

• 電源線干擾

• 電極分離或接觸噪聲

• 病人電極移動過程中人為引入的偽影

• 肌電（EMG）噪聲

• 基準漂移

在這些噪聲中，電源線干擾和基準漂移是最為重要的，可以強烈地影響心電信號分析。除了這兩種噪聲，其它噪聲由于可能是寬頻帶的且復雜的隨機過程，也會使心電信號失真。電源線干擾是以60 Hz (或 50 Hz)為中心的窄帶噪聲，帶寬小于1Hz。通常，心電信號的采集硬件或者通過軟件陷波濾波器可以消除電源線干擾。但是，基準漂移和其它寬帶噪聲通過硬件設備很難抑制。而軟件設計則成為更為強大而可行的心電信號處理方法。用戶可以使用以下方法來消除基準漂移和其它寬帶噪聲。

3 消除基準漂移

基準漂移的產生通常源于呼吸，頻率在0.15 到 0.3 Hz之間，可以通過使用高通數字濾波器進行抑制。用戶還可以使用小波變換通過消除心電信號的趨勢來消除基準漂移。

3.1 數字濾波器方法

通過LabVIEW圖形化和交互式的方法，可以高效地設計和實現有限沖擊響應(FIR)或無限沖擊響應(IIR)濾波器。例如，用戶可以使用Classical Filter Design Express VI設計Kaiser窗FIR高通濾波器消除基準漂移。圖4顯示了使用高通濾波器消除基準漂移的實例。

圖4 設計并使用高通濾波器消除基準漂移