基于虛擬儀器技術(shù)的家用心電儀的設(shè)計(jì)

　　虛擬分析儀采用NI公司的LabVIEW8.5軟件進(jìn)行開發(fā)，其面板采用圖形化的編程語言(G語言)進(jìn)行開發(fā)，設(shè)計(jì)了通訊端口設(shè)置、心電圖顯示存儲、心率計(jì)算、健康狀況評估、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能模塊。程序流程圖如圖9所示，首先設(shè)置通訊端口參數(shù)，讀取數(shù)據(jù)并通過波形圖的方式顯示與保存;同時(shí)通過波形圖計(jì)算心率，并存入數(shù)據(jù)庫;根據(jù)數(shù)據(jù)庫建立的模型與實(shí)時(shí)心率綜合分析患者當(dāng)前的健康狀況，并將波形、心率、評估信息通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享。

　　圖9 虛擬分析儀程序流程圖

　　2.1通訊端口設(shè)置

　　無線通訊模塊與分析儀通過USB映射的虛擬串口通訊，不同的終端設(shè)備通過串口號來區(qū)分。同時(shí)，還需設(shè)置數(shù)據(jù)格式和傳輸速率，以便相互匹配。該功能利用LabVIEW自帶的visa驅(qū)動(dòng)來開發(fā)，端口號為COM3，波特率9600b/s，8bit，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位。

　　2.2心電圖顯示與存儲

　　心電圖顯示是將從通訊端口讀取的數(shù)據(jù)以波形的形式顯示在面板上，同時(shí)將歷史波形以文件的形式存儲，隨時(shí)調(diào)用回放。波形顯示利用LabVIEW自帶的波形圖控件，將串口讀入的值轉(zhuǎn)化成數(shù)組，再轉(zhuǎn)化成圖形顯示在面板上。波形存儲則利用“寫入波形至文件”函數(shù)實(shí)現(xiàn)，用條件結(jié)構(gòu)來控制其運(yùn)行。

　　2.3心率計(jì)算與分析

　　由于心電圖波形信號成分比較復(fù)雜，波形的頻率并不直接等于心率，所以心率的計(jì)算需要基于波形圖像的分析來實(shí)現(xiàn)。通過觀察波形可知，一次心跳伴隨著一個(gè)較窄的尖峰脈沖，只要準(zhǔn)確地捕捉到尖峰脈沖，就能求得心率。對尖峰脈沖的檢測，可以調(diào)用LabVIEW自帶的“波峰檢測”函數(shù)，注意合理的閾值和寬度設(shè)置，需要在實(shí)驗(yàn)過程中反復(fù)調(diào)試。心率計(jì)算的算法為：

　　式中，F(xiàn)表示心率，T表示相鄰波峰時(shí)間間隔，l表示相鄰波峰索引位置之差，t表示相鄰兩點(diǎn)采樣時(shí)間間隔，f表示采樣頻率。

　　“波峰檢測”函數(shù)計(jì)算出當(dāng)前波峰所處的索引位置，利用移位寄存器可以求出相鄰兩波峰的索引位置之差l，將其乘以相鄰采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔t，得到相鄰波峰的時(shí)間間隔，也即兩次心跳的時(shí)間間隔，從而得到心率。

　　分析儀將長期監(jiān)測得到的波形和心率數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，綜合時(shí)間、環(huán)境、既往病史等因素建立患者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。根?jù)大量的數(shù)據(jù)計(jì)算出患者的心率平均值、正常心率范圍等參數(shù)，結(jié)合當(dāng)前的測量值，給出異常狀況的提醒與分析，實(shí)現(xiàn)對健康狀況的初步評估。

　　2.4網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

　　網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能為遠(yuǎn)程訪問提供了一個(gè)客戶端接口，醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠通過互聯(lián)網(wǎng)從web瀏覽器直接訪問虛擬分析儀，獲取最及時(shí)的患者信息，進(jìn)行更為專業(yè)的分析與診斷。利用“Web發(fā)布工具”，設(shè)置查看方式與URL地址，即可實(shí)現(xiàn)該功能。