使用LabVIEW進行心電信號處理

　　1. ICA方法

　　ICA方法用于從多通道觀測中重建出獨立的隱含信號。假設(shè)觀測X是源信號S的疊加，可以寫成：

X = AS

　　其中，A表示混合矩陣。信號S的統(tǒng)計獨立性假設(shè)，允許你從觀測X中估計出兩個未知量S和A。這里，孕婦的心電信號和胎兒的心電信號可以作為獨立分量， 也就是S的一部分，而8條通道的心電信號測量記錄組成X。通過ICA方法，能夠獲得S的估計，這意味著你可以獲得孕婦和胎兒的心電信號。

　　ASPT工具箱中提供了TSA Independent Component Analysis VI，用戶可以容易地構(gòu)建出FHR提取的應(yīng)用，如圖11所示。在圖11中，8通道的心電信號（由前面提到的8通道系統(tǒng)獲得）是ICA函數(shù)的輸入，而胎兒心 電信號作為獨立分量的一部分可以在輸出端得到。圖12分別顯示了利用ICA提取出的孕婦腹部心電信號和胎兒的心電信號。從胎兒的心電信號中，你可以發(fā)現(xiàn)孕 婦的心電信號被有效的抑制，這樣就可以準(zhǔn)確而方便地得到FHR了。

圖11 用于胎兒心率提取的ICA方法

圖12 使用ICA進行FHR提取

　　2. 自適應(yīng)濾波方法

　　自適應(yīng)濾波器是一種可以自行調(diào)節(jié)系數(shù)使特定性能指標(biāo)最優(yōu)化的濾波器。自適應(yīng)濾波器在各行業(yè)中有廣泛應(yīng)用，其中之一就是自適應(yīng)噪聲消除，如圖13所示。

圖13 自適應(yīng)噪聲消除結(jié)構(gòu)

　　在這個實例中，自適應(yīng)濾波器的目的是最小化參考信號和帶噪身信號的差異，而濾波器的系數(shù)正是根據(jù)這個最小化的過程而自動調(diào)整的。其中，參考信號是孕婦 的胸部信號，帶噪信號是孕婦的腹部信號，而胎兒的心電信號正是兩者之間的差異。圖14中顯示了這種方法的LabVIEW實現(xiàn)。

圖14 用于FHR提取的自適應(yīng)濾波器方法

如圖15顯示，擁有適當(dāng)階數(shù)和步長的自適應(yīng)濾波器可以對孕婦心電信號進行跟蹤和預(yù)測，而胎兒心電信號就是預(yù)測的誤差。

圖15 使用自適應(yīng)濾波器進行FHR提取

　　3. 總結(jié)

　　LabVIEW和相關(guān)的信號處理工具箱可以提供魯棒而高效的環(huán)境和工具，解決心電信號處理問題。這篇應(yīng)用文檔展示了如何使用這些強大的工具，在心臟疾 病診斷和心電信號處理研究中方便而快捷地消除噪聲、分析和提取心電信號。同時，這些工具可以使用在其它生物醫(yī)學(xué)信號處理應(yīng)用，例如核磁共振成像(MRI) 和腦電圖(EEG)中。