基于LabVIEW的心電信號(hào)采集與分析設(shè)計(jì)方案

通過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。

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

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

2 心電信號(hào)預(yù)處理

心電信號(hào)預(yù)處理可以幫助用戶去除心電信號(hào)中的污染。廣義上講，心電信號(hào)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(dòng)過程中人為引入的偽影

• 肌電（EMG）噪聲

• 基準(zhǔn)漂移

在這些噪聲中，電源線干擾和基準(zhǔn)漂移是最為重要的，可以強(qiáng)烈地影響心電信號(hào)分析。除了這兩種噪聲，其它噪聲由于可能是寬頻帶的且復(fù)雜的隨機(jī)過程，也會(huì)使心電信號(hào)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(hào)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(zhǔn)漂移和其它寬帶噪聲通過硬件設(shè)備很難抑制。而軟件設(shè)計(jì)則成為更為強(qiáng)大而可行的心電信號(hào)處理方法。用戶可以使用以下方法來消除基準(zhǔn)漂移和其它寬帶噪聲。

3 消除基準(zhǔn)漂移

基準(zhǔn)漂移的產(chǎn)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(shù)字濾波器進(jìn)行抑制。用戶還可以使用小波變換通過消除心電信號(hào)的趨勢(shì)來消除基準(zhǔn)漂移。

3.1 數(shù)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(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有限沖擊響應(yīng)(FIR)或無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器。例如，用戶可以使用Classical Filter Design Express VI設(shè)計(jì)Kaiser窗FIR高通濾波器消除基準(zhǔn)漂移。圖4顯示了使用高通濾波器消除基準(zhǔn)漂移的實(shí)例。

圖4 設(shè)計(jì)并使用高通濾波器消除基準(zhǔn)漂移