基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计与实现.docx

基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计与实现
随着医学技术和人们对健康的日益重视，心电信号采集系统逐渐成为临床诊断及研究中不可或缺的工具。本文旨在研究和实现一套基于LabVIEW的心电信号采集系统，以更好地满足临床医学工作和科学研究的需要。
一、研究背景
心电信号是通过电极对人体心脏起搏器和横向肌纤维发生的电信号的记录和分析，以掌握人体心脏的工作状态和疾病情况。为了准确获取心电信号，需要使用一套心电信号采集系统。目前，市面上的心电信号采集系统都以电极和导线为基础，并采用计算机进行数据分析和处理。然而，部分心电信号采集系统的导线数量和质量较多，导致使用麻烦，同时电极采集精度和信噪比也较低。
为了克服这些限制，本文将采用基于LabVIEW的心电信号采集系统，其具有导线少，采集精度高，平台稳定等优点。同时，基于LabVIEW强大的数据处理、分析和图形显示功能，可以更好地对心电信号进行处理和分析。
二、系统设计
本文中设计的基于LabVIEW的心电信号采集系统如图1所示：
图1基于LabVIEW的心电信号采集系统
如上图所示，心电信号采集系统包括主机、心电导联电极带和计算机。主机包含了心电信号采集电路、信号放大电路以及数据调制电路等模块，用于对人体心电信号进行采集、放大、过滤和处理。心电导联电极带包括1~12个电极的贴片、导线，在获得患者同意之后贴到患者胸膛上以采集心电信号。计算机用于接收和处理采集到的心电信号，并进行数据处理、分析和图形显示。
三、系统实现
1、硬件设计
本文中设计的硬件电路主要由四个电路模块组成：心电信号采集电路、信号放大电路、滤波电路和数据调制电路。
（1）心电信号采集电路
如图2所示，可使用多电极贴片采集，依据获取心电信号的需求，本文设计12通道心电信号采集电路。
图2心电信号采集电路
（2）信号放大电路
经过采集电路得到的心电信号很小，通常为几个微伏特，因此需要使用放大电路对其进行放大。由于不同的研究需求，信号放大电路的放大倍数也不同。本文中采用可变增益放大器，手动调节放大倍数。
（3）滤波电路
心电信号中含有较多的较低频和高频杂波信号，同时也存在着等周线干扰。为准确采集和分析心电信号，需要使用滤波电路进行滤波处理。本文设计的滤波电路主要采用低通和带阻滤波器。
（4）数据调制电路
为了将采集的心电信号数据交给计算机处理，需要使用数据调制电路将模拟信号转换为数字信号。本文中设计的数据调制电路采用高速微处理器和采用USB通讯协议进行数字信号输出。
2、软件设计
本文中设计的软件系统主要包括数据采集模块、数据分析模块和数据显示模块。软件系统主要采用LabVIEW开发（LabVIEWversion·2018）。
（1）数据采集模块
数据采集模块用于对心电信号进行实时采集并存储到计算机内。主要通过调节采集频率、数据缓冲区大小和采集时长等参数控制采集。本文中采用了12通道同步采集统一存储方式来进行数据采集。
（2）数据分析模块
为了更好地处理采集的心电信号，本文中设计了心电信号分析模块。该模块通过对采集的心电数据进行界面展示、滤波、心率、QRS波形检测和求解心电图各参数等方式实现。例如，心电波形检测可采用离散微分、Schmitt触发器、求解心率等各种算法。心率变异性分析可采用自相关函数、功率谱密度分析等算法稳定的分析心率的变异性。
（3）数据显示模块
本文中采用了3D波形显示方式，以便快速、直观地显示心电信号变化趋势。同时，也提供了心电图的多种自定义参数，能够满足不同用户不同的可视化需求。数据显示模块可通过代码或可视化界面方式调用，方便使用者探索，主要依赖于显示模块和对心率等参数的求解。
四、实验结果
实验中将12通道心电电极带贴于志愿者的胸膛，对心电数据进行采集和存储，如图3所示：
图3心电波形采集结果
如上图所示，可清晰的看出12通道心电信号波形变化趋势。
五、结论
本文研究和实现了一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。该系统采用电极数量少，采集精度高，平台稳定等优点，可以更好地满足医学临床和科学研究的实际需求。同时，本文也分别从硬件和软件方面对心电信号采集系统进行了设计与实现，详细说明了系统各个模块的结构和功能。实验结果表明该系统采集得到的心电信号波形稳定，具备较好的可视化表现力和信号处理性能。未来，该系统可进一步优化和改进，以更好地满足不同用户的需求。