摘要：設(shè)計(jì)了一套基于LabVIEW的心電信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)實(shí)時(shí)在線采集。設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由硬件部分和虛擬儀器VI兩部分構(gòu)成。硬件部分包括電極、心電圖機(jī)、NI ELVIS、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)5個(gè)部分；虛擬儀器VI的前面板對(duì)應(yīng)著一臺(tái)實(shí)際儀器的面板，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)儀表的控制和信號(hào)表達(dá)功能；程序框圖是程序的圖形化源代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)的模／數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)的分析顯示。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，基于LabVIEW的心電信號(hào)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)心電信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示。
關(guān)鍵詞：LabVIEW軟件；PCI6251；虛擬儀器VI；心電采集

    心電信號(hào)是人體生物電活動(dòng)信息的表征，通過心電信號(hào)可以判斷人體的健康狀況。心電研究一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，心電圖是心血管等疾病臨床檢查診斷的重要方法。心電信號(hào)主要頻率范圍為0．05～100 Hz，幅度約為0～4 mV，信號(hào)十分微弱。
    傳統(tǒng)的心電記錄方法主要靠心電圖機(jī)來(lái)完成，其信號(hào)采集、處理和顯示主要由硬件電路完成，電路生產(chǎn)技術(shù)要求較高，設(shè)備價(jià)格較貴，且維護(hù)和更新不便。
    基于LabVIEW的心電信號(hào)采集系統(tǒng)，除了能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)心電圖機(jī)的采集功能外，還可通過編程可使用高效且功能強(qiáng)大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲(chǔ)、共享和顯示功能等；儀器面板布置簡(jiǎn)捷，設(shè)計(jì)靈活。
    本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是編程軟件系統(tǒng)LabVIEW 8．2和數(shù)據(jù)采集卡PCI6251，構(gòu)建了心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)。

1 心電信號(hào)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
    設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由硬件部分和虛擬儀器VI兩部分構(gòu)成。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

1．1 心電信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件部分
    心電信號(hào)的硬件部分包括5個(gè)部分：電極、心電圖機(jī)、NIELVIS(虛擬儀器技術(shù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室套件)、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。在使用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)聯(lián)方式下，心電圖機(jī)采集人體心電信號(hào)，并進(jìn)行一系列的預(yù)處理，包括放大信號(hào)和濾除干擾，然后把信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集卡，以供計(jì)算機(jī)的下一步處理。

1．2 心電信號(hào)采集系統(tǒng)的虛擬儀器VI
    虛擬儀器VI包括前面板和與之相對(duì)應(yīng)的程序框圖。前面板對(duì)應(yīng)著一臺(tái)實(shí)際儀器的面板，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)儀表的控制和信號(hào)表達(dá)功能；程序框圖是程序的圖形化源代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)的模／數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)的處理顯示等。其具體的程序流程圖如圖2所示。

1．2．1 心電信號(hào)采集系統(tǒng)VI的前面板設(shè)計(jì)
    軟件前面板對(duì)應(yīng)的是一臺(tái)實(shí)際儀器的面板，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)儀表的控制和信號(hào)表達(dá)功能，設(shè)計(jì)包含了波形顯示、采樣時(shí)間、掃描率和停止按鈕等。心電信號(hào)采集系統(tǒng)VI的前面板如圖3所示。

    心電實(shí)時(shí)顯示圖用來(lái)動(dòng)態(tài)地顯示采集的心電信號(hào)的變化情況。其橫坐標(biāo)為時(shí)間，設(shè)置顯示2 s，可以顯示一個(gè)完整的心動(dòng)周期；縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的是幅值，單位為毫伏。
1．2．2 心電信號(hào)采集系統(tǒng)VI的程序框圖
    程序框圖是程序的圖形化源代碼，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)的模／數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)的處理顯示。
    LabVIEW是通過利用數(shù)據(jù)采集助手(DAQmx)節(jié)點(diǎn)來(lái)控制DAQmx設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集的，拖出DAQ Assist子模板，并完成設(shè)備和通道的選擇，以及相關(guān)屬性設(shè)定。然后在DAQAssistant對(duì)應(yīng)的引腳上添加了掃描率、采樣數(shù)、停止按鈕、以及一次采樣的周期。
    DAQ Assistant的數(shù)據(jù)輸出引腳data連接心電實(shí)時(shí)顯示模塊，這樣就可以把經(jīng)數(shù)據(jù)采集板卡PCI6251處理的心電信號(hào)在心電實(shí)時(shí)顯示波形圖中顯示出心電信號(hào)波形。
    添加while循環(huán)框，把整個(gè)設(shè)計(jì)的模塊框住，使得心電信號(hào)的采集在完成一次采集周期后再繼續(xù)下一次采樣周期，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)心電信號(hào)采集的目的，達(dá)到動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示心電信號(hào)的效果。心電信號(hào)采集系統(tǒng)VI的程序框圖如圖4所示。

2 心電信號(hào)采集系統(tǒng)的測(cè)試
    按圖1連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備。心電圖機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)有4個(gè)電極，分別為紅、黃、綠、黑，把它們分別接到右手、左手、左腳和右腳的各個(gè)腕部。心電圖機(jī)的CRO接口分別接到NI ELVIS面板的模擬信號(hào)輸入端的ACHO+端和ACHO-端。NI ELVIS輸出與內(nèi)插在PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡相連。
    選擇心電圖機(jī)的各種按鍵，打開心電圖機(jī)和NI EIVIS。在數(shù)據(jù)采集的軟件部分，要設(shè)定前面板掃描率為250 Hz，采樣數(shù)為500。右擊心電實(shí)時(shí)顯示波形圖的屬性，將橫坐標(biāo)改為0～2 s，以使采集的波形多于一個(gè)周期；縱坐標(biāo)為幅值，單位毫伏。檢查無(wú)誤后，點(diǎn)擊運(yùn)行，可以看到在心電實(shí)時(shí)顯示波形圖中有不斷變化的心電信號(hào)，這就是基于LabVIEW的心電信號(hào)采集系統(tǒng)在進(jìn)行連續(xù)的采集任務(wù)，并在心電實(shí)時(shí)顯示波形圖中動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)了。同時(shí)前面板的采集時(shí)間也實(shí)時(shí)地顯示了一個(gè)周期的采集任務(wù)進(jìn)行的時(shí)間。為方便看到采集的波形圖，點(diǎn)擊前面板的停止按鈕，系統(tǒng)暫停采集任務(wù)，采集到的波形如圖5所示。

3 結(jié)論
    基于LabVIEW的心電信號(hào)采集系統(tǒng)，除了能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)心電圖機(jī)的采集功能外，還可通過編程可使用高效且功能強(qiáng)大的軟件來(lái)自定義采集、分析、存儲(chǔ)、共享和顯示功能等；儀器面板布置簡(jiǎn)捷，設(shè)計(jì)靈活。采用LabVIEW編程軟件和數(shù)據(jù)采集卡PCI6251，構(gòu)建了心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示。其中在程序框圖VI上增加心率計(jì)算模塊，完成R波的提取和心率顯示，有待進(jìn)一步地研究。