基于虛擬儀器的胎兒心電圖儀的研制

　　介紹了一種基于虛擬儀器的電腦胎兒心電圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩部分組成：以PIC單片機(jī)為核心硬件的數(shù)據(jù)采集裝置和PC平臺(tái)的處理系統(tǒng)。

　　硬件電路功耗低，直接采用端口供電。軟件平臺(tái)采用可視化語(yǔ)言LabView6.1編程實(shí)現(xiàn)，由于使用其大量成熟軟件模塊，大大提高了開(kāi)發(fā)效率。介紹了LabView實(shí)現(xiàn)的匹配濾波器等算法，并改進(jìn)了匹配濾波的模板更新。臨床試用取得了滿(mǎn)意效果。

　　1 前言

　　虛擬儀器是機(jī)技術(shù)與儀器相結(jié)合產(chǎn)生的一種新型儀器模塊，它通常是由計(jì)算機(jī)、模塊化的功能硬件與帶有數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制的可視化軟件構(gòu)成。本系統(tǒng)使用NI公司出品的LabView6.1圖形語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。LabView采用圖標(biāo)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文字代碼實(shí)現(xiàn)編程，圖標(biāo)代表的程序模塊都是NI公司開(kāi)發(fā)的成熟程序模塊，因此，采用LabView編程可以大大提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。

　　胎兒監(jiān)護(hù)及圍產(chǎn)期監(jiān)護(hù)是產(chǎn)科中一項(xiàng)重要的監(jiān)護(hù)措施。常用的胎兒監(jiān)護(hù)方法有：超聲多普勒監(jiān)護(hù)、胎心音監(jiān)護(hù)和胎心電監(jiān)護(hù)。其中，胎兒心電監(jiān)護(hù)因其從母體腹部提取胎兒心電信號(hào)，對(duì)母體和胎兒無(wú)創(chuàng)，特別是能同時(shí)觀(guān)察胎兒心電圖，其優(yōu)點(diǎn)明顯，是產(chǎn)科常用的診斷方法。

　　雖然腹部心電信號(hào)拾取方便，但是，母體腹部信號(hào)復(fù)雜，信噪比低，特別是一般母體心電信號(hào)比胎兒心電信號(hào)大10-20倍，而且胎兒心電約有10%-30%與母體心電重合，形成復(fù)雜的QRS波群，并且胎兒心電的頻譜與母體心電的頻譜重疊。這些因素給胎兒心電的檢測(cè)帶來(lái)了比較大的困難。學(xué)者們探索了一系列的信號(hào)處理方法解決這個(gè)，包括：匹配濾波法[1]、自適應(yīng)濾波法[2]等。本系統(tǒng)采用比較常用的匹配濾波法。

　　2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　2.1系統(tǒng)概要

　　本系統(tǒng)由硬件數(shù)據(jù)采集器和普通PC機(jī)兩部分組成，通過(guò)RS-232口連接。PC機(jī)上的應(yīng)用程序采用圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abView6.1實(shí)現(xiàn)。硬件數(shù)據(jù)采集器采樣獲得的數(shù)據(jù)以串行通信的方式發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)上的軟件通過(guò)RS-232接口模塊讀入波形數(shù)據(jù)，并送預(yù)處理模塊，工頻陷波和抑制基線(xiàn)漂移后，進(jìn)行匹配濾波去除母親心電的干擾，最終在顯示器上顯示胎兒心電信號(hào)的波形。另外，PC機(jī)也可以串行通信方式控制硬件數(shù)據(jù)采集器的工作狀態(tài)，如調(diào)整增益、時(shí)間常數(shù)等。

　　2.2 硬件信號(hào)采集系統(tǒng)

　　系統(tǒng)硬件由前置放大、工頻陷波、主放大器、單片機(jī)系統(tǒng)等幾部分組成。前置放大器將導(dǎo)聯(lián)傳人的信號(hào)適當(dāng)放大后，送工頻陷波器陷波，以防止可能出現(xiàn)的過(guò)強(qiáng)工頻干擾阻塞系統(tǒng)放大通道。隨后，信號(hào)經(jīng)過(guò)主放大器和末級(jí)放大器幾萬(wàn)倍放大之后，單片機(jī)控制的A/D對(duì)其進(jìn)行400