生物醫電信號，如心電信號、血壓信號、腦電信號等等，都表徵了一定的病理特徵，以心電為例，通常以心電圖來記錄心臟產生的生物電流，臨床醫生可以利用心電圖對患者的心臟狀況進行評估，並做出進一步診斷。而對於一些家用或者醫用儀器廠商來說，則需要開發特定的信號處理演算法並部署到嵌入式處理器上，完成醫電特徵的提取。通常整套心電監測產品的研發過程，由心電數據採集、心電信號分析、人機顯示、檔存儲等幾部分組成，通過NI提供的圖形化系統設計平臺，可以覆蓋數據採集、信號讀取、心電分析以及報表生成等一系列產品開發的流程，完成整套系統的開發，提高開發效率。而在整個開發過程中，信號分析部分往往是重點，也是各廠商的軟體核心技術所在。本文將重點就心電採集與分析展開討論，介紹如何通過LabVIEW高效實現心電信號的採集及分析演算法開發。
圖1 典型的單週期心電圖波形
心電信號的數據採集
通常來說，ECG信號是通過對若干電極（導聯）感知生物電流，並通過數據採集設備將導聯產生的模擬電信號轉化為數字信號進行電腦分析。導聯產生的模擬信號往往較為微弱，幅值在mV左右，需要通過動態信號採集設備進行採集，或者通過前置預放大之後採集。無論是獨立的ECG導聯或者集成醫用式ECG設備，都可以通過NI設備進行數據採集。
通過30多年的發展，美國國家儀器(NI)在測試測量領域奠定了領導地位，從可攜式USB設備到高精度PXIe同步採樣設備，可以實現從8位到24位的解析度，以及48kHz到2GHz的採樣率。同時NI設備將增益誤差、偏移誤差、不確定雜訊等各種誤差值綜合考量之後，提供了絕對精度值，以確保最終測量的準確性。一般來說ECG信號的頻率在幾百赫茲左右，可以通過1k到5k左右的採樣率進行採樣，另外，根據應用的精度區別，可以選擇14～16bit採樣精度，基本上NI任何平臺的數據採集設備均可以滿足ECG的採樣需求。可以根據應用的不同，選擇合適的設備，如在可攜式設備中選擇USB數據採集，在遠程醫療的應用中選擇無線採集等。
圖2 從USB到無線的NI數據採集方案
無論使用何種NI硬體平臺，都可以通過同一種編程平臺——NI圖形化編程軟體LabVIEW實現開發。自1986年誕生以來，LabVIEW圖形化開發平臺一直致力於簡化編程的複雜性，在所有涉及到數據採集和控制的領域裏，LabVIEW圖形化編程方式都已經成為標準的開發工具。對於醫療電子設備的開發團隊來說，LabVIEW提供了將硬體I/O引入演算法設計的快捷方式，無縫結合從數據採集、演算法分析、數據存儲以及人機交互等全方面流程，同時不同NI硬體可通過代碼重用，發佈到不同商業化、嵌入式平臺，簡化構建原型系統的複雜性。
通過LabVIEW以及NI採集設備，ECG信號可以快速的被採集並顯示。圖1顯示了一個典型的心電波形週期。當然，過程中，心電信號會被雜訊和人為引入的偽影所污染，這些雜訊和偽影在我們感興趣的頻段內，並且與心電信號本身有著相似的特性。為了從帶有雜訊的心電信號中提取出有用的資訊，我們需要對原始的心電信號進行處理。 |
