基于LabVIEW的心电信号采集与分析设计方案

基于LabVIEW的心电信号分析系统设计杨妮;尚宇【摘要】为了高效迅速地实现信号分析处理功能,本系统以NI公司的LabVIEW为开发平台,设计了虚拟心电信号分析系统,通过LabVIEW软件读取MIT-BIH数据库中的心电信号;采用Matlab scrip 调用小波变换算法对心电信号进行滤波以及QRS 波的检测,针对目前心电分析系统不具备对低频率、形态多样的P、T波检测这一缺陷,本文设计了P、T波检测功能,实现了对人体心脏状况的监测与显示.系统具有读取、存储、分析处理、显示心电信号参数、心电波形对比以及诊断等功能,在信号分析方面具有较好的效果,操作简单,成本低,实用性强.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)003【总页数】4页(P36-39)【关键词】心电信号;P、T波检测;Matlab scrip;小波变换【作者】杨妮;尚宇【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院,陕西西安710021;西安工业大学电子信息工程学院,陕西西安710021【正文语种】中文【中图分类】TN919.5虚拟仪器技术（Virtual Instrument，VI）是利用高性能的模块化硬件和灵活高效的软件来完成各种测量、测试以及自动化的应用。

如今，传统仪器依然广泛应用于测量测试领域，但是也存在着诸多问题，如精度不够高，不够灵活、方便。

而虚拟仪器具有灵活性，同时性能和精度较高，甚至解决了传统仪器无法实现的测量。

目前，采用LabVIEW 软件开发的虚拟仪器系统可应用于生物医学中，如：手术监护中的研究、心血管病学以及临床应用等。

文中利用LabVIEW 软件平台实现信号读取、分析处理、存储和心电诊断等，并将结果显示给用户；采用LabVIEW 与MATLAB 混合编程，通过调用小波变换算法对其进行滤波检测，最终实现心电信号的监测与显示，对心脏病的监护和预防具有重要意义。

1 系统总体设计本系统采用LabVIEW 软件平台设计心电信号读取和数据存储、心电信号滤波、QRSPT 波检测以及诊断等程序框图，系统总体框图如图1所示。

利用LabVIEW进行生物医学信号处理和分析LabVIEW是一种用于控制、测量和测试、数据采集和处理的图形化编程语言和开发环境。

在生物医学领域，LabVIEW被广泛用于处理和分析各种生物医学信号，如心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）等。

本文将介绍利用LabVIEW进行生物医学信号处理和分析的方法和技巧。

一、LabVIEW简介LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instruments）推出的一款可视化编程软件，具有直观易用、功能强大、灵活性高等特点。

其图形化编程环境使得生物医学信号处理和分析变得更加便捷。

LabVIEW 支持多种硬件设备，如数据采集卡、传感器等，可以实时采集生物医学信号。

二、生物医学信号处理基础在开始利用LabVIEW进行生物医学信号处理和分析之前，首先需要了解一些基础知识。

生物医学信号通常是非稳态信号，因此需要进行预处理，包括滤波、去噪、特征提取等。

滤波可以去除信号中的噪声和干扰，常用的滤波方法有低通滤波、高通滤波、带通滤波等。

去噪可以减少信号中的噪声成分，提高信号质量。

特征提取可以从信号中提取出有用的特征，如频率、幅度、相位等。

三、LabVIEW在生物医学信号处理中的应用1. 生物医学信号采集：LabVIEW支持多种硬件设备，可以实时采集生物医学信号。

通过选择合适的传感器和数据采集卡，可以实时获取心电图、脑电图、肌电图等生物医学信号。

2. 信号滤波：LabVIEW提供了丰富的滤波函数和工具箱，可以进行低通滤波、高通滤波、带通滤波等操作。

通过设定合适的滤波参数，可以去除信号中的噪声和干扰。

3. 信号去噪：LabVIEW中有多种去噪算法，如小波去噪、自适应滤波等。

可以根据信号的特点选择合适的去噪方法，提高信号的质量。

4. 特征提取：LabVIEW提供了多种信号特征提取的函数和工具箱，如傅里叶变换、小波变换、时域特征提取等。

通过提取信号的频率、幅度、相位等特征，可以进行后续的分析和识别。

如何利用LabVIEW进行数据采集与分析数据采集和分析是科学研究和工程实践中至关重要的步骤。

LabVIEW是一种功能强大的图形化编程环境，广泛应用于科学实验、自动化控制、仪器测量等领域。

本文将介绍如何使用LabVIEW进行数据采集和分析，并提供一些实用的技巧和建议。

1. 数据采集数据采集是获取实验数据的过程，在LabVIEW中可以通过使用传感器、仪器等硬件设备来实现。

以下是一些常见的数据采集方法：1.1 传感器接口LabVIEW提供了许多传感器接口模块，可以方便地与各种传感器进行通信。

通过选择合适的传感器接口，您可以轻松地读取传感器的测量值，并将其保存到LabVIEW中进行进一步的分析和处理。

1.2 仪器控制如果您使用仪器进行实验，那么LabVIEW可以帮助您控制这些仪器并读取其输出数据。

LabVIEW提供了丰富的仪器控制工具包，支持各种常见的仪器通信接口，如GPIB、USB、Serial等。

1.3 数据采集卡对于一些需要高速采集的应用，可以使用数据采集卡来实现。

LabVIEW提供了专门的工具包，支持常见的数据采集卡，并提供了丰富的功能和接口，满足不同应用的需求。

2. 数据分析数据采集完成后，接下来需要对数据进行分析和处理。

以下是一些常见的数据分析方法：2.1 数据可视化LabVIEW提供了丰富的数据可视化工具，可以将采集到的数据以图表、图形等形式展示出来。

通过可视化，您可以更直观地了解数据的特征和趋势。

2.2 统计分析LabVIEW内置了众多统计分析函数，可以计算数据的平均值、标准差、最大值、最小值等统计量。

您可以利用这些函数对数据进行统计分析，进一步理解和描述数据的特征。

2.3 信号处理如果您需要对采集到的信号进行滤波、去噪或频谱分析，LabVIEW 提供了一系列的信号处理工具包。

您可以使用这些工具包对信号进行处理，提取有用的信息和特征。

3. 实用技巧和建议为了更好地利用LabVIEW进行数据采集和分析，以下是一些建议和技巧：3.1 模块化设计当您设计LabVIEW程序时，应尽量将其模块化，将不同功能实现的部分组织成不同的子VI(SubVI)。

基于LabVIEW的数据采集与分析系统开发与优化LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和集成开发环境，广泛应用于数据采集、控制系统、测试测量等领域。

在科学研究、工程技术和产业生产中，数据采集与分析是至关重要的环节，而基于LabVIEW的数据采集与分析系统则成为了许多领域的首选方案。

本文将探讨基于LabVIEW的数据采集与分析系统的开发与优化。

LabVIEW简介LabVIEW是一种基于图形化编程的软件开发环境，其核心思想是“可视化编程”。

用户可以通过拖拽、连接各种功能模块（称为虚拟仪器或VI，Virtual Instrument）来构建程序，而无需编写传统的文本代码。

LabVIEW提供了丰富的函数库和工具包，支持多种硬件设备的接入，使得用户能够快速搭建复杂的数据采集与分析系统。

数据采集系统设计在设计数据采集系统时，首先需要明确系统的需求和功能。

通过LabVIEW可以轻松实现各种传感器、仪器设备的数据采集，并对数据进行处理、存储和展示。

在系统设计阶段，需要考虑以下几个方面：传感器接入选择合适的传感器并实现其与LabVIEW的连接是数据采集系统设计的重要一环。

LabVIEW支持常见的传感器接口如USB、RS232、GPIB 等，并提供了相应的驱动程序和工具包，使得传感器接入变得简单高效。

数据处理与分析数据采集后需要进行相应的处理和分析，以提取有用信息。

LabVIEW提供了丰富的数据处理函数和算法模块，用户可以根据需求自定义数据处理流程，并实时监测数据变化。

数据存储与展示采集到的数据通常需要进行存储以备后续分析或查阅。

LabVIEW 支持多种数据存储格式如文本文件、Excel表格、数据库等，并能够将数据以图表、曲线等形式直观展示，帮助用户更好地理解数据。

系统开发流程基于LabVIEW开发数据采集与分析系统通常遵循以下流程：需求分析：明确系统需求和功能，确定所需硬件设备和传感器。

物联网技术 2018年 / 第11期全面感知 Comprehensive Perception16基于STM32和LabVIEW的心电信号采集系统设计陈培敏，田杨萌，王彩霞，王宏伟，郝少华（北京信息科技大学，北京 100192）摘 要：文中介绍了一种基于STM32和LabVIEW 的心电信号采集系统。

系统采用STM32作为下位机主芯片进行硬件和软件设计，同时将PC 作为上位机并使用LabVIEW 编写程序实现波形显示、信号处理和存储。

根据人的生理信号特点，采用电极夹从人体中获取微弱的心电信号，使用AD8232芯片配置电阻电容设计心电放大滤波电路，经STM32单片机对放大滤波后的信号进行模数转换，并控制HM-13蓝牙模块将数字化的心电信号无线传输到LabVIEW 中，对心电信号进行波峰特征提取，计算心率。

测试结果表明，该系统能够准确测量人的心电信号，实现了对患者远程的心电监护功能。

关键词：STM32；LabVIEW ；AD8232；HM-13中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）11-0016-02————————————————收稿日期：2017-12-01 修回日期：2018-01-26DOI ：10.16667/j.issn.2095-1302.2018.11.0030 引 言据最新的《中国心血管疾病报告》显示，目前估计全国心血管疾病患者人数达2.9亿，随着人口老龄化的增长患者人数还会不断上升。

心血管病是一系列涉及循环系统的疾病，具有突发性，若无法及时发现则存在失去生命的风险，因此在日常生活中对心血管疾病患者进行心电监护尤其重要[1]。

本文针对上述需求，克服了传统心电图机价格昂贵、不可携带、不可传输心电信号等缺点，设计了一套便携式，集心电信号采集、无线传输、信号处理等功能于一体的心电信号采集系统。

将STM32F103芯片作为系统下位机的核心，主要包括单片机模块、蓝牙模块、AD8232采集模块和电源模块[2]，用于实现心电信号的采集，并将采集到的信号通过蓝牙以无线传输方式上传至上位机。

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心电信号的采集与分析系统
王步青;王卫东
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2006(027)010
【摘要】提出了一种基于LabVIEW的心电信号的实时采集与分析系统.该系统可以实现实时地进行心电信号的采集、显示、瞬时心率和平均心率的计算等功能.此方案实现简单,并可根据用户的需要方便地进行功能的修改和扩充.
【总页数】3页(P26-28)
【作者】王步青;王卫东
【作者单位】解放军总医院,北京市,100853;解放军总医院,北京市,100853
【正文语种】中文
【中图分类】TH772+.2;TP391.9
【相关文献】
1.基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计与实现 [J], 王宗刚;潘峥嵘;祝燎
2.基于LabVIEW和嵌入式技术的7导联心电信号采集系统设计 [J], 刘金磊;苗中华;欧阳文志;刘成良
3.基于LabVIEW的实时心电信号采集系统的设计 [J], 成清清;吴蒙
4.基于LabVIEW的心电信号采集系统设计 [J], 张佑春;朱炼
5.基于STM32和LabVIEW的心电信号采集系统设计 [J], 陈培敏;田杨萌;王彩霞;王宏伟;郝少华
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论 著基于Labview的心电信号数据采集系统商怀超【中图分类号】R331.3+8 【文献标识码】C 【文章编号】1672-5085(2008)07-0009-03【摘要】心电信号的测定对深入了解心脏系统疾病的病理生理改变,协助疾病的诊断和鉴别诊断,评定治疗效果,以及确定能否承受胸部手术等具有重要意义。

心电信号的测定已成为现代医学检测中不可缺少的检测项目。

如何利用Labview 结合数据采集装置来采集和分析这些心电信号数据将成为本文讨论的重点,并将就系统设计时出现的一些具体问题做具体的分析。

应用领域:生物医学工程挑战:对心电信号的采集分析,为心电图的科学仿真和研究提供了有利的测量平台。

应用方案:用NI 公司的多功能数据采集卡和Labview 软件,结合自行开发的采集装置开发了一个具有采集分析和特征提取功能的心电信号测量系统。

使用产品:La bview7.0、N I 公司和研华公司的数据采集卡等介绍:对于传统的心电监护仪器,其信号的采集、处理、显示均由硬件电路来实现,电路生产的技术要求高,绝大多数由国外进口、价格昂贵,维护和更换时易造成资源浪费。

基于计算机技术的虚拟仪器技术依据“软件即仪器”的思想,利用计算机强大的信号处理能力,通过软件模拟传统仪器面板的控制、显示功能,进一步实现信号的各种分析、大量存储、按需回放等多种功能要求。

本章介绍了基于虚拟技术的心电监护系统的实现方案和相关技术,以期充分利用计算机家庭普及程度提高的同时,使众多心脏病患者只要配置较少硬件设施就可以完成家庭心电监护的目的,而为进一步实现远程医疗奠定了可行性基础。

系统的构成本系统主要由三部分构成即心电采集与预处理电路、Lab 2jack 接口卡、软件部分组成。

各部分的主要功能为:1　心电采集、预处理电路该模块为必要的硬件处理模块,它通过前端电极、引入人体标准到联心电信号,该模块利用集成电路构成的差动输入方式和右腿驱动方式提高CMRR 、用光点隔离技术保证人体的安全性,输入的心电信号通过可以放大到1.5Vpp 。

基于Labview和Matlab的心电信号分析系统设计作者：胡晓魏薇郑庆州高鹰来源：《计算机时代》2010年第02期摘要：介绍了一种采用Labview和Matlab相结合设计心电信号分析仪的方法：利用Labview灵活的图形化编程工具设计前面板，利用Labview平台上Matlab调用节点调用小波变换等算法。

应用该方法所设计的系统具备读取并显示心电信号文件、小波变换的滤波功能和测试ECG信号参数等功能，效果良好；系统实现简单，可扩展性强。

关键词：Labview；Matlab；心电信号；小波变换0引言心电检测能为心脏疾病的正确分析诊断、治疗和监护提供客观依据，具有十分重要的社会价值和经济价值。

Labview是一种业界领先的工业标准图形化编程工具，是图形化编程语言，主要用于开发测试、测量与控制系统。

同时，Labview实现了对FPGA等硬件的支持，实际上也是一个硬件设计工具。

Matlab是当今很流行的科学计算软件，集成了大量科学计算程序，几乎对所有的工程计算领域都提供了准确、高效的工具箱，它已经成为应用学科中的计算机辅助分析、设计、仿真等不可缺少的基础软件。

本论文结合LabView和Matlab的优势，开发了—个心电信号分析系统。

整个系统主要分为五个部分，如图1所示。

1ECG信号的读取本系统ECG信号来自两种信源，第一，存储于计算机的数据文件；第二，系统实时采集的ECG信号。

本文以读取存储的数据文件为例加以说明。

目前国际上公认的可作为标准的心电数据库有三个，分别是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库、美国心脏学会AHA数据库及欧洲ST-T数据库。

由于MIT-BIH数据库中病例丰富、典型、注释详细，很快就得到了世界的承认。

MIT-BIH数据库中的数据是录制在磁带上的模拟信号经模数转换后的数字信号，在存贮时为了减少文件长度节省存贮空间，使用了自定义格式，因此，无法通过通用的方式去读取数据。

在MIT-BIH数据库中，心率失常数据存储格式主要是Format 212。