课题三基于LABVIEW的心电信号分析系统设计与仿真报告
课题三基于LABVIEW的心电信号分析系统设计与仿真报告

课题一心电信号分析系统的设计一、本课题的目的本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。
通过完成本课题的设计,拟主要达到以下几个目的:(1)了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法,熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。
(2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。
(3)进一步了解数字信号的分析方法;(4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。
(5)通过本课题的设计,培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
二、课题任务利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。
对输入的原始心电信号,进行一定的数字信号处理,进行频谱分析。
根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。
(1)对原始数字心电信号进行读取,由数字信号数据绘制出其时域波形。
(2)对数字信号数据做一次线性插值,使其成为均匀数字信号,以便后面的信号分析。
(3)根据心电信号的频域特征(自己查阅相关资料),设计相应的低通和带通滤波器。
(4)编程绘制实现信号处理前后的频谱,做频谱分析,得出相关结论。
(5)对系统进行综合测试,整理数据,撰写设计报告。
三、主要设备和软件(1)PC机一台。
(2)LabVIEW软件一套,要求最低版本8.20。
四、设计内容、步骤和要求必做部分:1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号,并还原实际波形美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库,近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。
MIT-BIH数据库共有48个病例,每个病例数据长30min,总计约有116000多个心拍,包含有正常心拍和各种异常心拍,内容丰富完整。
为了读取简单方便,采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。
利用labVIEW提供的文件I/O函数,读取txt数据文件中的信号,并且还原实际波形。
2.对原始心电信号做线性插值处理由于原始心电信号数据不是通过等间隔采样得到的,也就是说原始的心电数据并不是均匀的,而用Matlab 中提供的数字滤波器处理数据时,要求数据是等间隔的。
基于LabVIEW的心电监护系统设计

基于LabVIEW的心电监护系统设计摘要心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。
心电监护系统可以及时获取患者的心电信息,以便及时发现异常情况,采取相应的处理措施,是降低心脏病死亡率的有效手段之一。
美国国家仪器有限公司(National Instruments,简称NI)开发的虚拟仪器编程语言LabVIEW提供丰富的函数库,利用I/O接口设备完成信号的采集和测试,利用计算机强大的软件功能实现数据的运算、分析和处理,利用计算机显示器来模拟传统仪器的控制面板,从而利用计算机仪器系统技术来完成各种测试功能。
本文通过对国内外医疗系统发展的分析,针对现代医疗监护系统的要求,利用LabVIEW平台开发了基于虚拟仪器的心电监护系统。
首先,根据心电信号的特点,设计心电采集模块,包括心电前置放大器,右腿驱动电路,高通滤波器,低通滤波器,可变Q值50Hz双T陷波电路和增益可调电路。
其次,软件上采用LabVlEW强大的图形语言,设计了操作简单、界面优美的PC机测试系统,包括对采集上来的心电信号、脉搏信号的分析处理和显示存储,同时设置了自动报警系统,操作者可以实时监测被测者的心电情况,便于及时做出诊断,及早治疗。
关键词:虚拟仪器;心电信号;LabVlEW;实时监测ABSTRACTHeart disease is one of the major diseases which is a serious threat to human health and life. ECG monitoring system can access to the ECG information of patients tim- ely and then detect anomalies and take corresponding measures, which is an effective means of reducing mortality of heart disease.National Instruments Developed a Virtual Instrument language--LabVIEW:it has abundant functions.Using I/O instrument realize acquisition and testing of signals,using powerful software realize calculating and analyzing and disposing of data, using the displayer to simulate the tradition control panel.in order to realize all kinds of testing functions through computer.Based on the analysis of the foreign Telemedicine development,according to the recent Telemedicine requirements.design a system based on Virtual Instrument.Firstly, electro-cardio signal collective module,including ECG signal preamplifier, high-pass filter,low-pass filter,50 Hz double T trap filter with adjustable Q value,circuit with adjustable gain,has been designed according to the ECG feature.Second,using powerful graph language LabVIEW,designed an easy to operate and beautiful PC Test system,including the analysis ,disposal , display and store the ECG data and pulse data. meanwhile,by designing auto—alerting system,the operator Can measure the ECG quality of the patient real time,then Can give the diagnoses and treatment.keywords:Virtual Instrument ;ECG data ;LabVIEW ;real-time detection目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2生物医学信号简介 (2)1.2.1生物医学信号的特点 (2)1.2.2心电信号的产生机理及临床应用 (2)1.2.3心电信号的特点 (3)1.3虚拟仪器(VirtuaI Instrument) (4)1.3.1虚拟仪器应用于生物信号检测的意义 (4)1.3.2虚拟仪器概述 (5)1.3.3LabVIEW简介 (5)1.4本文主要研究内容 (6)第二章系统总体设计 (7)2.1系统设计原则 (7)2.2系统整体组成及工作原理 (7)2.3系统硬件组成 (8)2.3.1前置放大器的设计 (9)2.3.2LabVIEW数据采集卡的选择 (10)2.4系统软件组成 (11)2.4.1模块化结构设计 (11)2.4.2软件设计思想 (11)2.4.3系统的软件部分编写 (12)2.5技术指标 (13)第三章系统硬件设计 (14)3.1心电监控系统硬件的组成 (14)3.2心电信号调理 (15)3.3脉搏信号调理 (21)3.3.1传感器的选择 (21)3.3.2放大与滤波电路 (21)3.4Multisim仿真结果 (22)第四章系统软件设计 (25)4.1LabVIEW概述 (25)4.2系统的程序结构 (25)4.3各部分模块子程序设计原理 (27)4.3.1用户登录模块 (28)4.3.2 数据采集模块 (30)4.3.3数据处理模块 (32)4.3.4数据分析、报警模块 (35)4.3.5 数据显示、存储模块 (38)第五章结论 (41)参考文献 (42)致谢............................. 错误!未定义书签。
基于LabView的心电信号处理系统研究

西南科技大学生医专业综合设计报告设计名称:基于LabView的心电信号处理系统研究姓名:学号:班级:指导教师:起止时间:2014.12.29—2015.1.18西南科技大学信息工程学院制综合设计任务书学生班级:学生姓名:学号:设计名称:基于LabVIEW的心电信号处理系统研究起止日期:2014.12.29—2015.01.18 指导教师:综合设计学生日志基于LabVIEW的心电信号处理系统研究摘要:医疗仪器是生物医疗检测领域重要的研究对象和诊断工具,结合了生物医学工程和电子信息,计算机以及自动化等多种技术。
运用医疗仪器来监视或者诊断心血管疾病具有重要的意义。
本文主要由数据采集系统MSP-080102和基于LabVIEW8.6的Biomedical Startup Kit 生物医学套件两部分组成。
首先从解剖学的角度来分析心电信号产生过程,通过心电信号的特征来确定数据采集系统的设计标准。
数据采集系统主要由前置放大电路、低通滤波、50Hz的陷波电路、功率放大电路以及AD转换电路等组成。
其次采用美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW来实现软件编程,利用LabVIEW来实现PC机与采集系统的数据通讯以及心电信号的显示处理功能。
主要完了完成USB读入信号数据、数据还原、数据恢复等功能,得到成正常的心电信号,再通过心律检出显示波形。
并在LabVIEW下实现数据的保存、打开以及运用TCP/护协议来远程传输数据。
虽然虚拟生物医疗仪器在国内研究还处于初步阶段,但其研究会对疾病的诊断、分析和治疗具有重要的实用价值,并为未来生物医疗仪器进入家庭和远程会诊的实现创造了可能。
关键词:心电信号;信号处理;LabVIEW;虚拟仪器LabVIEW for ECG Signal Processing System Based on Abstract: The medical equipment is an important object of study and diagnostic tools to detect bio-medical field, a combination of biomedical engineering and electronic information, computer and automation and other technologies. The use of medical equipment to monitor or diagnose cardiovascular disease has important significance.In this paper, by the data acquisition system MSP-080102 and LabVIEW8.6 based Biomedical Biomedical Startup Kit of two parts.First, from the perspective of the anatomy of the ECG signal generation process to determine the design standard data acquisition system is characterized by ECG. Data acquisition system consists of pre-amplifier circuit, a low-pass filter, a trap circuit of 50Hz, the power amplifier circuit and an AD converter circuit. Followed by the United States NI's LabVIEW graphical programming language to implement software programming, using LabVIEW to PC and data acquisition system communications and display ECG processing functions. Mainly over USB read complete signal data, data reduction, data recovery, and other functions, to get into a normal ECG, and then detected by cardiac waveform display. And achieve to save data in LabVIEW, open and use TCP / maintenance agreement to remotely transmit data. Although virtual biomedical research equipment in the country is still in a preliminary stage, but the diagnosis, analysis and treatment of diseases of the research will have important practical value, and create the possibility for future biomedical equipment into the home and remote consultation implementation.Keywords: ECG; signal processing; LabVIEW; virtual instrument目录一、设计目的和意义 (6)1.1 心电信号采集和分析系统的发展 (6)1.2心电信号采集分析系统的研究现状 (7)二、控制要求 (8)三、设计方案论证 (8)3.1心电采集卡 (8)3.1.1采集卡接口 (8)3.1.2数据采集卡MPS-080102 (9)3.2 虚拟仪器开发平台Labview (9)3.2.1生物医学入门工具包 (10)3.3矩阵实验室(MA TLAB) (10)四、系统设计 (11)4.1心电信号分析 (11)4.1.1心电信号分析方法 (12)4.2心电图分析 (12)4.2.1心电图各波及波段的组成 (13)4.2.2心电图的正常值分析与临床意义 (14)4.2.3正常人的电图典型值范围 (15)五、设计结果及分析 (16)5.1心电图特征抓取(ECG Feature Extractor) (16)5.2心率变异性(HRV Heart Rate Variability) (17)结束语 (20)参考文献 (20)一、设计目的和意义血液循环的引擎是心脏,心脏搏动是生命存在的主要标志之一,心脏搏动节律也是人体生理状态的重要标志之一。
基于labview的心电信号分析解读

信号与线性系统课程设计报告课题名称:基于LABVIEW的心电信号的分析班级:通信102班姓名:杨成方学号:102140成绩:指导教师:王宝珠日期:2012.12.30基于LABVIEW的心电信号的分析摘要:心电信号分析系统是读取心电信号文件,并对其做一定的数字信号处理,以及进行频谱分析等。
Labview是一种带有图形控制流结构的数据流模式,程序执行是由数据驱动,同时也是一种图形化的编程语言。
本设计采用Labview综合运用其丰富的VI库来实现心电信号的读取、线性插值、滤波、谱分析。
该课题利用VI库中索引数组、数组子集、字符串--数值转换、While循环、For循环、chebyshev滤波器等,得到了简单的读取、插值、滤波、谱分析等功能,对心电信号做简单的数字信号处理。
关键词:Labview,心电信号,VI库,谱分析1课程设计的目的、意义本课题主要研究基于Labview的数字心电信号初步分析及其各种滤波器的应用。
通过完成本课题的设计,了解基于LabVIEW虚拟仪器的特点和使用方法,熟悉并掌握LabVIEW的使用及练习使用其不同的功能,了解人体心电信号的时域特征和频谱特征,通过对心电信号的滤波处理、频谱分析,进一步了解数字信号的分析方法,进一步加深对各种滤波器(巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫)的理解。
此外,通过本课题的设计,培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
心电信号分析是一门比较实用的电子工程的专业课程。
当今社会,心血管疾病是发病率和死亡率最高、对人类生命威胁最大的疾病。
心电信号预处理就是对心电信号的时域特征、频域特征进行了解,以便以后对心电信号的自动识别起到一定的基础作用。
另外,Labview具有强大的虚拟仪器功能和软件开发功能,运行速度快、兼容性和移植性好、方便易用,适合于课程设计短期内完成。
2 设计任务及技术指标课题所用信号是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库(一个权威性的国际心电图检测标准库),近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。
基于LabVIEW的实时心电信号采集系统的设计

基于LabVIEW的实时心电信号采集系统的设计成清清;吴蒙【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2013(23)4【摘要】In order to acquire real-time ECG data and reduce costs,design a system of ECG data acquisition based on LabVIEW. The sys-tem is composed of hardware and software. Hardware is made up of signal acquisition and processing circuit and MSP430 microcontroller for AD conversion. The software mainly contains configuring LabVIEW communication module to realize serial communication with MSP430 and uses robust signal processing capabilities of LabVIEW and wavelet transformation to remove noise,multi-resolution decom-posing,and then reconstruct noiseless QRS,detect peak of R wave and finally calculate the heart rate. It also uses LabVIEW friendly user interface for real-time displaying received data to make the data more intuitive and read more easily. The designed system runs stably and achieves good result in the experiment.% 为了实现对心电信号实时监测,且尽可能节约成本,文中设计了一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。
基于LabVIEW的心电信号采集与分析设计方案

基于LabVIEW的心电信号采集与分析设计方案
生物医电信号,如心电信号、血压信号、脑电信号等等,都表征了一定的病理特征,以心电为例,通常以心电图来记录心脏产生的生物电流,临床医生可以利用心电图对患者的心脏状况进行评估,并做出进一步诊断。
而对于一些家用或者医用仪器厂商来说,则需要开发特定的信号处理算法并部署到嵌入式处理器上,完成医电特征的提取。
通常整套心电监测产品的研发过程,由心电数据采集、心电信号分析、人机显示、文件存储等几部分组成,通过NI 提供的图形化系统设计平台,可以覆盖数据采集、信号读取、心电分析以及报表生成等一系列产品开发的流程,完成整套系统的开发,提高开发效率。
而在整个开发过程中,信号分析部分往往是重点,也是各厂商的软件核心技术所在。
本文将重点就心电采集与分析展开讨论,介绍如何通过LabVIEW 高效实现心电信号的采集及分析算法开发。
图1 典型的单周期心电图波形
1 心电信号的数据采集
通常来说,ECG 信号是通过对若干电极(导联)感知生物电流,并通过数据采集设备将导联产生的模拟电信号转化为数字信号进行计算机分析。
导联产生的模拟信号往往较为微弱,幅值在mV 左右,需要通过动态信号采集设备进行采集,或者通过前置预放大之后采集。
无论是独立的ECG 导联或者集成医用式ECG 设备,都可以通过NI 设备进行数据采集。
通过30 多年的发展,美国国家仪器(NI)在测试测量领域奠定了领导地位,从便携式USB 设备到高精度PXIe 同步采样设备,可以实现从8 位到24 位的分辨率,以及48kHz 到2GHz 的采样率。
同时NI 设备将增益误差、偏移误差、。
基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计

・基础研究・基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计于 杰,李川勇,贾林壮摘 要:目的 设计一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。
方法 在插入式信号采集板DAQ的硬件支持下,利用LabVIEW编程软件,设计了一套双通道心电信号采集系统,本系统用传统的心电图机采集心电信号,经过调解后,输入计算机采集并显示,同时,为了能够对心电信号作进一步的研究,利用小波变换对心电信号进行了处理。
结果 成功采集到心电信号,并计算了心率的大小。
关键词:LabVIEW;心电信号;采集系统中图分类号:R540.41;TP311.52 文献标识码:A文章编号:1009-7090(2001)03-0131-0003The Design of ECG Aquiring System on LabVIEW Y U Jie,LI Chuan-y ong,J I A Ling-zhuang Department o f Bio2 physics,Nankai Univer sityAbstract:Objective T o design the ECG acquiring system on LabVIEW.Methods With a DAQ board,we design an ECG acquisi2tion system based on LabVIEW.The electrocardiographic signal is conditioned by a traditional ECG machine and acquired by a DAQboard on a com puter.A wavelet trans formation was used to process the acquired signal.R esults The ECG signals were acquired success fully and the heartbeat rate was calculated.K ey w ords:LabVIEW;ECG;collecting system1 前言生物电是生命的特征,心电是生物电的一种。
基于LabVIEW虚拟仪器的心电信号采集系统的设计

( 南京信 息工 程大学电子与信息工程学 院 , 南京 2 0 4 ) 10 4 摘 要 : 为计算 机 和网络 技术 与传统 仪器 融合 的产物 , 作 虚拟仪 器具 有很 多传统 仪器 无法 比拟 的优势 。以 M 公司 的
L b IW 为开发 平台 , aV E 本文设计 了一个低成本 的虚拟心 电信 号采集系统。该系统摈弃 了传统虚 拟仪器 的前 端数据采集 卡 , 而 自行开发 了以单 片机技术 为硬 件基 础的前端 数据采集卡 , 而有效地 降低 了成 本 ; Lb IW82作为该 系统仪器 面板的软 从 以 aV E . 件编程语言 , 又可缩 短开发时间。经实验室使用验证 , 该系统 可实现 对心 电信号 的实 时采集 、 显示 和存储 , 而且性 能可靠 , 工 作稳定 , 成本又大大地降低。
关键词 : 心电 , 单片机 , 信号采集系统 , 虚拟仪器 中图文分类号 :M9 T 3 文献标 识码 : B 国家标准学科分 类代 码 :1.0 5 0 4
ECG qu sto yse s d— n Lab EW r u lI t u e Ac iii n S t m Ba e o VI Vi t a nsr m nt
a dT cnlg , aj g2 04 ,C ia n ehooy N ni 10 4 hn ) n
Ab t ac :As a f so r d c fc mpu e sr t u in p o u to o tr,n t r e h q n r d to a n tu n ,vru li sr me t ewo k t c niue a d ta iin li sr me t it a n tu n h s ma y i c mpaa l d a tg s o e r d to lisr a n n o r b e a v n a e v rta iina n tume t n .Ta i g NICo a ySL b EW st e d v lp n k n mp n ’ a VI a h e e o me t
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
课题一心电信号分析系统的设计一、本课题的目的本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。
通过完成本课题的设计,拟主要达到以下几个目的:(1)了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法,熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。
(2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。
(3)进一步了解数字信号的分析方法;(4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。
(5)通过本课题的设计,培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
二、课题任务利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。
对输入的原始心电信号,进行一定的数字信号处理,进行频谱分析。
根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。
(1)对原始数字心电信号进行读取,由数字信号数据绘制出其时域波形。
(2)对数字信号数据做一次线性插值,使其成为均匀数字信号,以便后面的信号分析。
(3)根据心电信号的频域特征(自己查阅相关资料),设计相应的低通和带通滤波器。
(4)编程绘制实现信号处理前后的频谱,做频谱分析,得出相关结论。
(5)对系统进行综合测试,整理数据,撰写设计报告。
三、主要设备和软件(1)PC机一台。
(2)LabVIEW软件一套,要求最低版本8.20。
四、设计内容、步骤和要求必做部分:1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号,并还原实际波形美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库,近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。
MIT-BIH数据库共有48个病例,每个病例数据长30min,总计约有116000多个心拍,包含有正常心拍和各种异常心拍,内容丰富完整。
为了读取简单方便,采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。
利用labVIEW提供的文件I/O函数,读取txt数据文件中的信号,并且还原实际波形。
2.对原始心电信号做线性插值处理由于原始心电信号数据不是通过等间隔采样得到的,也就是说原始的心电数据并不是均匀的,而用Matlab 中提供的数字滤波器处理数据时,要求数据是等间隔的。
因此设计的系统首先应对原始心电信号做线性插值处理,使其变为等间隔的数字信号,否则直接处理后会出现偏差,根据心电信号的特点, 把时间分隔成0.001s 。
添加的幅值点采用一次线性插值。
对二维数据进行插值,相连幅值间数据的插值根据时间进行,运算公式如下:1--=∆i i t t t ,001.0/t N ∆=,1--=∆i i A A A ,001.01+=-j j t t ,N A A A j j/1∆+=- 其中i t 是第i 个数据时间点,A i 是与之对应的数据,N 是两数据之间需要的插值数,A ∆是需要插值的两点数据差,,,,,,,,,1321321-==N j arraysize i 1111----==i j i j A A t t ,, 1=j i ,时数组j j A t ,依次排列,即得到了插值后等间隔的新数据。
3.根据心电信号的频域特征,设计相应的低通和带通滤波器一般正常人的心电信号频率在0.7~100HZ 范围内,幅度为V 10μ(胎儿)~5mV (成人)。
人体心电信号微弱,信噪比小,因此,在采集心电信号时,易受到仪器、人体活动等因素的影响,而且所采集的心电信号常伴有干扰。
采集心电数据时,由于人的说话呼吸,常常会混有约为0.1Hz 到0.25Hz 频段的干扰,对于这些低频干扰,可以让信号通过一个高频滤波器,低截止频率设置为0.25,来滤除低频信号,对于高频信号干扰,可以让信号再通过一个低频滤波器,其中截止频率设置为99Hz 。
也可以直接应用带通滤波器设计。
根据以上说明,利用labVIEW 中的信号处理函数设计相应滤波器,滤除数字信号中的干扰信号。
4.对处理前后的心电信号分别做频谱分析,分析结果利用labVIEW 对处理前后的心电信号编程显示其频谱,分析比对滤波处理前后的频谱,得出结论。
如果分析频谱,滤波效果不明显,则需变动滤波器参数指标,重新设计滤波器。
通过频谱分析,多次试验确定最合适的滤波器。
5.系统界面设计综合前面几步,设计出一个完整的系统,并且本着简洁的原则,设计友好的人机交互界面。
选作部分:1.三种滤波器设计分别设计Butterworth 、Chebyshev 、Inverse Chebyshev 三种滤波器,并对滤波后的信号分别做频谱分析,比较几种滤波器的差别。
2.设计50HZ工频陷波器由于电子设备采集到的信号经常会混有电源线干扰。
电源线干扰是以50 Hz为中心的窄带噪声,带宽小于1Hz。
设计相应滤波器滤除电源线干扰,并对处理后的信号做频谱分析。
五、课程设计报告要求(1)设计报告书包括内容:课程设计题目,课程设计目的和意义,设计方案,详细设计步骤,设计结果(原理图等),测试和仿真结果(图形或数据)及其分析,其它有明确要求的设计内容,结论,参考文献等。
(2)提交课程设计报告时应同时提交相关设计和仿真分析材料(框图、程序、结果等)的电子版。
六、参考文献[1] 陈锡辉,张银鸿编著.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.[2] 丁玉美.数字信号处理(第二版).西安电子科技大学出版社,2001[3] 吴大正. 信号与线性系统分析(第四版). 高等教育出版社,2005,8[4] 谢嘉奎. 电子线路--线性部分(第四版). 高等教育出版社,2003,2[5] 陈后金. 信号分析与处理实验. 高等教育出版社,2006,8七、附录——设计原理附录:设计原理1.心电信号的读取txt格式的数据文件内容及格式如图1-1所示(以100.txt为例):图1.1 txt格式心电数据文件其中文件的第一列为采样时间,第二列是在以MLII这种导联方式所得到的采样数据,第三列式以V5这种导联方式所得到的采样数据,全文件记录了约为10s的心电数据,3600个采样数据,每一行数据之间用Tab符分隔。
由于数据文件中后两列数据是对同一种心电信号进行不同的导联方式所得到的采样数据,所以可以采用任意其中的一种采样数据(比如选择MLII),摒弃另外一种,即可完成对此心电信号的分析。
全部的心电文件记录时间约为10s,共计12个左右周期的心电信号。
根据txt格式的数据文件的特点,利用labvIEW提供的I/O文件函数,在本课题中,主要是围绕LabVIEW中的read from spreadsheet file读表单文件函数来设计心电信号的读取部分的VI,并利用XY Graph来对数据做图形化显示。
让心电数据文件中的第一列时间数据作为x轴,对应的MLII方式的幅值作为y轴,以此得到绘制的原心电波形。
图1.2 读表单文件函数VI图1.3读表单文件函数使用举例实际设计心电信号数据文件时需要注意:(1)数据文件的前两行为解释说明文字,不是真正的信号数据,读取信号程序要能够自动忽略前两行文字,只读取真正的数字信号数据(严禁自己手动删除原心电数据文件中的前两行数据,必须通过程序来实现忽略前两行文字的目的)。
(2)利用数组函数分别将文件的前两列分别读入一个一维数组。
labvIEW默认的从文本文件中读取的数据都是字符串,因此在使用心电信号数据前需要将其转换为数值才可以。
注意:第一列时间数据均为0:00.007这种格式,因此需要将字符串0:00.007先转化为字符串0.007,即去除字符串中冒号(:)以前的部分,然后再将其转为数值。
(3)最后利用已经转为数值的分别代表心电信号时间和幅值的两个一维数组,图形化还原原始心电信号波形,在此推荐利用labvIEW中XY Graph。
2.心电信号的线性插值处理根据上文中提到的插值公式,以此为原理,设计labvIEW程序,对心电信号数据做线性插值处理。
插值完以后的数据应该是时间均匀的、以0.001秒为间隔的。
此步骤主要是基于labvIEW中的数组操作函数来实现,建议一定首先熟悉并掌握labvIEW中的所有数组操作函数的作用和操作方法(比如array size函数、index array函数、insert into array函数等)。
其中一种插值方法的思路是:第一步中读取的心电信号数据的时间数据和幅值数据分别存放在一个一维数组中。
然后利用for循环结构把所有数据依次读取进来。
判断时间数据数组中前后两个相邻的数据间隔是否为0.001s,如果是则判断下一对相邻两个数据;如果间隔大于0.001s则在一个CASE结构里面做插值处理。
注意对时间数据做插值的同时一定不要忘记对幅值数据同样做插值处理,时间数据和幅值数据一定是相互对应的。
3.设计相应的数字滤波器原心电信号里面是包含有噪声的,因此需要对数字心电信号做一定滤波处理。
LabVIEW提供的IIR滤波器类型有Butterworth、Chebyshev、Inverse Chebyshev、Elliptic 和Bessel滤波器。
它们都有各自的特点,用途也不尽相同。
LabVIEW还提供了高级IIR和FIR滤波器子面板。
在高级面板中,滤波器的设计部分和执行部分是分开的。
由于滤波器的设计很费时间,而滤波过程则很快。
在含有循环结构的程序中,可以将滤波器的设计放在循环外,将设计好的滤波器参数传递到循环内,在循环内进行滤波,从而提高程序的运行效率。
Labview提供的滤波器函数面板面板位于Functions Palette的Signal Processing| Filters面板下,如图3.1所示。
图3.1 滤波器函数面板选择合适的滤波器为心电信号设计一个低通和高通滤波器,或者带通滤波器。
4. 频谱分析应该对线性插值后的心电信号和滤波处理后的心电信号做傅里叶变换,画出其频谱,比对前后差异,分析滤波器性能。
labvIEW中频域分析函数被划分为两个面板:Transforms面板实现的函数功能主要有傅立叶变换、Hilbert变换、小波变换、拉普拉斯变换等;Spectral Analysis面板包含的函数主要包括功率谱分析、联合时频分析等。
图4.1 transforms面板图4.2 spectral analysis面板5.低通滤波器和FFT举例信号源由一个正弦信号与一个经过高通滤波的高频信号叠加而成。
高通滤波器的截止频率为100Hz,即滤掉频率小于100 Hz的低频噪声分量。
信号滤波器为Butterworth滤波器,截止频率设为30Hz,即滤掉频率大于30Hz的噪声分量。
从图中可以清楚地看到滤波后的信号基本还原了正弦信号。
图4.3 低通滤波VI程序面板图4.4 低通滤波VI前面板。