当前位置：文档之家 › 基于LABVIEW的统计告警算法设计与实现

基于LABVIEW的统计告警算法设计与实现

  • 格式：doc
  • 大小：619.00 KB
  • 文档页数：6

资助项目：云南省应用基础研究计划项目（2011FZ037） 联系作者: 谢培，男，汉族，硕士研究生，研究方向为：通信与信号处理。Email:xiepei6666@163.com。

基于LABVIEW的统计告警算法设计与实现 余炜, 谢培*，马晶晶，韩强 昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明 650500 摘要：本文提出了一个针对麻醉术中血容量不足的实时智能监测告警算法：统计告警算法。该算法综合了血压、心率、脉量和呼气末二氧化碳浓度等指标，能够提供足够的诊断支持信息，并可随时调节告警灵敏度，通过Kappa分析，在线状态下新算法与麻醉师的诊断结果一致性为76%；并基于LabVIEW平台设计了算法的系统框图和各功能模块。 关键词：智能监测；统计告警算法；LabVIEW；血容量不足 Design and Realization of A Novel Probabilistic Alarm Algorithm with LabVIEW

Abstract：A novel real-time intelligent monitoring alarm algorithm called Probabilistic Alarm Algorithm (PA) is presented. The algorithm integrates four physical indices: blood pressure, heart rate, pulse volume, expired CO2 for hypovolemia diagnosis. It can provide decision support to the anesthetist and can easily adjust the alarm sensitivity. Experimental results through Kappa analysis show a satisfactory level of agreement (up to 76%) between the algorithm and the anesthetist. The whole system flow chart and each module are designed with LabVIEW. Keywords: Intelligent Monitoring; Probabilistic Alarm Algorithm; LabVIEW; Hypovolemia

0 引言 在麻醉术中，对病人血容量不足的检测及诊断是一项复杂而艰巨的任务[1~3]。目前临床小范围使用的麻醉监测机是一种简单的基于阈值的系统，会产生很高的误报率[4~7]，以至于实际临床操作中，麻醉师常常会直接将其关闭以免影响手术的进行。鉴于这种情况，开发一种实时的术中监测系统以对血容量不足的诊断提供正确的数据支持具有非常重要的意义[8~10]。 虚拟仪器是一种基于计算机的自动化测试系统。虚拟仪器技术具有开发周期短、通用性强和便于维护升级等特点, 为研究人员节省了大量的时间和精力。虚拟仪器软件开发平台LabVIEW支持各种信号分析功能, 基于LabVIEW 设计的信号处理软件可以作为数据采集系统或测试仪器系统的信号处理部分,且具有可视化强、操作直观、功能修改简便等特点[11,12]。 本文的研究目的是针对麻醉术中可能出现的血容量不足开发并提出了一种称为统计告警算法的统计特征变化诊断法的监测告警系统。通过观测一系列生理统计指标的变化来作出相应的诊断，当统计信号发生异常变化时，系统自动告警，并且通过调整警报门限值可实现系统的灵敏度（容错度）调节。本文在LabVIEW环境下,基于统计告警算法进行了系统设计，该系统界面直观、操作简便,实现了对各生理指标信号进行提取、分析处理、显示以及告警等功能。 1 统计告警算法（probabilistic alarm algorithm，简写为PA） 1.1数据的采集 实验中用到的数据来自一台GE Datex-Ohmeda S/5监测机，S/5监测机的数据经串口传送至计算机。这台监测机可以提供动脉血压波形（arterial pressure，简写为BP）、脉量（pulse volume，简写为PV）以及病人呼气末二氧化碳浓度波形（expired carbon dioxide，简写为ETCO2）；实验中的数据采集频率均为100Hz；数据采集对象为正在经历中型或大型外科手术而可能产生绝对血容量不足的患者。 1.2 数据预处理算法 BP、PV及ETCO2的数据传送至计算机后首先经过一个数据预处理算法，以便滤除噪声（包括工频噪声、肌电噪声及其它噪声）；数据预处理以1000点（10秒数据）每批次进行。 数据预处理算法包括一个低通滤波器（用Matlab FDAtool设计）和一个基于方差的自适应滤波器。每一批数据（1000点）经过低通后做相对于本批样本均值的归一化，然后计算方差，在方差阈值之外的数据点被抛弃；方差初始阈值根据第一批信号值的方差确定，然后做自适应调整。 低通滤波器的参数如下： 通带频率 PF＝ 1 Hz； 阻带频率 SF＝ 2 Hz； 通带波动 PR＝ 0.6 dB，0.0345 dB（分别针对PV、BP信号）； 增益 SG＝ 100 dB。 BP信号的预处理算法中还包括一个斜率检测算法，以检测并消除信号波形中的伪峰，从而得到较准确的心率（heart rate，简写为HR）。而PV信号在经过前述的预处理后被送入一个峰值检测算法，以计算PV的绝对值。呼吸周期内的血压波动（SPV）则通过得到的BP波形的包络计算得出。 数据预处理算法的验证是通过对比校验数据集的输入和输出结果，判断算法中丢弃的数据是否属于伪迹或噪声来实现的。 1.3 数据分析及告警 PA算法是一种实时的、基于病人体征信号统计特征的算法。PA算法将病人的BP、HR、PV和ETCO2相对于群体均值作归一化，再将四种参数指标表示为各自群体标准差的倍数，作为该病人的实时体征警报水平，根据麻醉师给出的专家规则判断是否告警。 算法数据分析及告警的第一步为计算体征警报水平。实际计算时使用了一个长度为60秒（6000点数据）的移动窗，每次窗口后移10秒（后移1000点的数据），如图1所示。

图1 PA算法信号处理过程移动窗口图示 每10秒计算一回体征警报水平（以下以计算PV警报水平为例）。计算步骤如下： （a）如上所述，每10秒计算一次窗口长60秒的信号值；在这个窗口时段内信号变化值为：

6000iiPVPVPV （1）

（b）计算归一化后的时序PV及PV值： npp

i

i

PVPVPVPVSD







（2）

npp

i

i

PV

PVPVPVSD



（3）

其中PVp、PVp分别为目标群体平均PV值及目标群体平均PV值（不同年龄阶段的病人信号值范围及均值都不同），pPVSD、pPVSD分别为目标群体平均PV标准差及目标群体平均PV标准差[12]。

如图２中一个点的值为(PV=5, PV=2.1)，而群体PV均值为6.096，标准差为0.75；群体PV均值和标准差分别为0.01、0.55，则最终信号值为： (PV值 – 群体均值) / 标准差 = (5-6.096)/0.75 = -1.46; (PV值 – 群体均值) / 标准差 = (2.1-0.01)/0.55 = 3.8; （c）绘制PV相对于PV的变化图，见图2。

02468-10-50510PV vS Change in PV normalised with SD

current PVChange in PV

图2 归一化后的PV相对于PV的变化图 （d）计算每一信号点的警报水平； 每一点的警报水平为图２中每一点与原点的距离，如上例，信号点的警报水平为： 228.346.1

= 4.07 SD

结果如图３。 67891011120246810current PVAlarm Level

Current PV vS Alarm Level

图３每信号点的警报水平 其它特征值：BP、HR及ETCO2也是采用同样的算法进行处理。 算法数据分析及告警的第二步是在综合考虑病人的HR、BP、PV和ETCO2指标后（通过平均这4项参数每一点的警报水平），得到病人的血液动态状况估计。绝对血容量不足的临床表现为血压下降、脉量下降以及心率增加，在临床上心率的变化有可能是药物的作用（例如一些血管收缩药物往往导致心博徐缓）、心脏传导失常或起博器的作用，因此单纯考虑心率的变化不能作为血容量不足的可靠证据，只能综合分析血压BP、脉量PV及心率HR、呼气末二氧化碳浓度ETCO2等指标，才能做出正确的诊断。 2 系统设计及实现 整个系统基于LabVIEW的设计采用了状态机的技术，即按照数据传递的过程，系统的控制权从上一个状态转移到下一个状态。系统以模块化的设计方式实现，这样可以随时增加或减少模块，以便后续的开发及验证。整个系统的界面设计结果如图4，（图中AHV DIAGNOSIS表示血容量不足的诊断，分为三个模块，本文讨论的PA算法为第一个模块：Probabilistic；图中FCO DIAGNOSIS为心脏输出下降诊断，不在本文讨论范围）。

图4 系统界面 整个系统被分为四个状态，简述如下： 2.1 系统初始化状态 系统控制权首先交给初始状态，这时所有输入输出文件被载入内存，缓冲中的全局变量及标志参数清零。LabVIEW程序图如图５。

图５ 系统初始状态程序框图 2.2数据读取状态 初始化变量后，控制权交给数据读取状态。读取状态首先按PA算法要求检查缓冲中的数据是否大于1000个（10s数据），然后按程序设定的病人年龄读入年龄段数据（如病人年龄为43，则读入40~50岁人口

合集下载

基于LabVIEW的多通道液位采集系统的设计与实现

基于LabVIEW的多通道液位采集系统的设计与实现

时系统具有 相 应 的传 感器参 数 的率定 ， 以便减 小采 集 过程 中产生 的数 据误 差 ， 以实 现不 同通 道 的数据 实 可
提 出 了更 高 的要 求 ， 统仪 器 已很难 满 足设计 者 的要 传
求 。针 对 采 集 环 境 、 集 要 求 的 不 同 ， 文 在 Ｌ ｂ 采 本 ａ－
并 以 Ｕ Ｂ４ １ 作 为采 集板卡 完成设计。该 系统主要用来采集液位信 号 ， Ｓ －７ １ 完成信号 的 实时显 示。 实际应 用表 明 ， 系统 该 具有操作 简便 、 测量精确 、 灵活性 强等特 点 ， 达到 了设计要 求。
关 键 词 ：ａ ＶＥ ；多通道 ；数 据 采 集 ； Ｓ ￣７ １ Ｌ ｂ ＩＷ ＵＢ １
ＶＥ 的环境 下设 计 一 种 多 通 道 的液 位 数 据 实 时采 ＩＷ 集 系统 ， 以研 华公 司的 Ｕ Ｂ４ １ Ｓ －７ １数据 采 集 卡 作 为采 集工 具 ， 现对 各通 道 的液 位数据 进行 实时 采集 。相 实
时连续 的采集 、 波形 数值显 示存储 。 Ｌｂ Ｉｗ 是 基 于 模 块 化 程 序设 计 思 想 ， ａＶＥ 因此 在 开 发过程 中基 本 上遵 循 这 一 基本 思 想 。在 总 体方 案 确定 后 ， 根据 所 需 的不 同功 能分 别 组 建 各 种 功 能 模 块， 最后再 集成 和调 试 。根 据 系统 设 计 功 能 的需 要 ， 程序 包含 以下模 块 ：１采 集 前准 备模 块 ；２ 参数 率 （） （） 定模 块 ；３ 数据 处理模 块 。 （）
Ａｃ ｕ ｓｔｏ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｂ ＥＷ ｑ ｉｉｉ ｎ Ｓｙ ｔｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｌａ ＶＩ ＯＵ Ｙ ｎ ｐｎ ａ ．ｉｇ ，ＷＡＮＧ Ｐ ｎ ｉｇ ，加 Ｇｕ ． ｎ ｏｆ ｇ ，ＭＥ ａ ＮＧ ｕ Ｒｉ
基于LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统的算法研究与实现

基于LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统的算法研究与实现

基于LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统的算法研究与实现一、内容简述本文《基于LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统的算法研究与实现》主要探讨了利用LabVIEW平台设计并实现六轴工业机器人的运动控制系统。

文章首先介绍了工业机器人运动控制的重要性，特别是在现代制造业自动化、智能化发展的大背景下，精准、高效的运动控制对于提升生产效率、降低生产成本具有重要意义。

文章详细分析了六轴工业机器人的结构特点与运动学原理，包括各关节的转动范围、运动轨迹规划等。

在此基础上，文章提出了基于LabVIEW的运动控制算法设计方案，包括控制策略的选择、控制参数的优化等。

通过LabVIEW的图形化编程环境，实现了运动控制算法的可视化编程与调试，提高了开发效率。

文章还介绍了如何利用LabVIEW的数据采集与处理功能，实现对工业机器人运动状态的实时监测与数据分析。

通过采集关节角度、速度、加速度等关键数据，可以对机器人的运动性能进行精准评估，并为后续的运动控制算法优化提供数据支持。

文章通过实际案例展示了基于LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统的应用效果。

实验结果表明，该系统能够实现精准、稳定的运动控制，满足实际生产需求。

该系统还具有良好的可扩展性和可维护性，为后续的功能升级与改进提供了便利。

本文基于LabVIEW平台成功设计并实现了六轴工业机器人的运动控制系统，为工业机器人的运动控制提供了一种新的解决方案，对于推动制造业的自动化、智能化发展具有重要意义。

1. 工业机器人发展背景与现状随着科技的日新月异，工业机器人作为现代制造业的重要支柱，正日益受到广泛关注和应用。

工业机器人的发展背景源于对生产效率、质量稳定性和劳动力成本等多方面的考量。

在制造业转型升级的浪潮中，工业机器人以其高精度、高效率、高可靠性的优势，成为了提升产业竞争力、实现智能化制造的关键工具。

工业机器人已经广泛应用于汽车、电子、机械、化工等多个领域，承担起了焊接、装配、搬运、检测等繁重且重复性的任务。

基于LabVIEW多功能信号发生器的设计与实现

基于LabVIEW多功能信号发生器的设计与实现

缩写为 乏 ＝ｆ ０ ， １ ， ｅ ｘ ｅ ｃ ｌ ０ ｝ ；然后使 用有穷状 态 自动机 Ｆ来对安 全属 性 建模 ，然 后 使用 有 穷状 态 自动机 Ｆ来 对 安 全属 性 建
模 ，Ｆ ＝｛ Ｑ，∑， ，Ｑ ０ ，Ｆ ｝ ，这 里 ，这 里 简 化 为 Ｑ＝ ｛ Ｕ ， Ｐ ， Ｅ ｝ ； 为 图 中所 示 的转 换 ，＝ ｛ （ Ｐ ， １ ， Ｕ ） ，（ Ｕ， ０ ， Ｐ ），（ Ｐ ， ｅ ｘ ｅ ｃ ｌ （ ）， Ｅ ） ｌ ，
３ ． １ 高 层 模 型
将模型检验应用 于代码安全性检测 需要做两个 准备］ 一 作，
首 先 将 程 序 源 代 码 翻译 为 一 个 确 实 能 表 示 程 序 行 为 的 有 穷 状
态转换 系统 ，其次是移 除不相 关的代码 ，这样 可 以减少对 应 转换 系统模 型的规模 ，有 了这 样一个 系统模 型之后 ，便 可 以 针对 具体软件 安全漏 洞特征提 出相对 应的安 全属性 说 明来 进 行检验 ，以检查程序系统模型是否违背了安全属性 。 对安全操作 序列约束 ，考虑对违背安全操作序 列约束进行 建模 ．让 ∑为安 全相关操作 的集合 ，其 中违 背约束 的操 作序 列是集合 Ｅ （ Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ） ，Ｅ ，同时由源代码形成 的有穷状态转 换 系统所具有的与安 全操作相关 的所有可能操作 序列 Ｐ （ Ｐ ｏ ｓ —
３ห้องสมุดไป่ตู้． ２ 事 例
状 态 自动 机接受 的语 言为正 则语言 ，而下推 自动机 接受 的语 言是 上下 文无关 语言 ，所 以它们 的交 集为上 下文 无关 语 言 。 根据 自动机理论 ，存 在一 个有 效算法来 计算一 个下 推 自动机 和一个有 穷状态 自动机 的交 集且能够 判定 由一个下 推 自动机 接受 的语言是否为空 ，所以这种方法是可行的 。
基于LabVIEW的实验室远程监控系统设计与实现

基于LabVIEW的实验室远程监控系统设计与实现

本系统软件部分采纳美国国家仪器（NI）公司的 LabVIEW 图形化编辑语言开发 完成，重点解决了基于 Datasocket 技术的数据远程传输、图像压缩传输、远程用户数 据库治理等技术问题。硬件部分则使用 NI 公司的 PCI-6251 数据采集卡，实现对实验 室现场实时数据的采集和处理。目前，该网络虚拟实验室系统已能在校园网内运行， 实现了差不多功能，为师生提供了一个基于网络的实验教学、技术交流以及共同学习 研究的平台，从而使实验室中的硬件仪器得以共享。随着其功能的进一步完善，它必 将在今后的远程实验教学中发挥更大的作用。
1.3.1 课题要紧研究内容............................................................................................ 2 1.3.2 关键技术研究.................................................................................................... 2 第 2 章 系统总体方案设计............................................................................................... 3 2.1 系统需求分析........................................................................................................... 3 2.2 系统网络架构........................................................................................................... 3 2.3 系统功能模块划分................................................................................................... 5 第 3 章 可视化远程监控采集系统设计........................................................................... 6 3.1 系统硬件构成........................................................................................................... 6 3.2 传感器的选型........................................................................................................... 7 第 4 章 基于 LabVIEW 的监控系统设计..................................................................... 11 4.1 系统模块划分......................................................................................................... 11 4.2 用户认证模块设计................................................................................................. 11 4.3 用户界面设计......................................................................................................... 13 4.4 程序结构设计......................................................................................................... 15 4.5 数据采集模块设计................................................................................................. 16 4.5.1 模拟信号采集与显示模块设计 ...................................................................... 17 4.5.2 开关信号采集与显示模块设计...................................................................... 17 4.5.3 空调与照明开关输出模块设计...................................................................... 18 4.5.4 称重实验模块设计.......................................................................................... 18 4.5.5 涡流实验模块设计.......................................................................................... 20 4.5.6 转速测控实验模块设计.................................................................................. 21 4.5.7 振动实验模块设计.......................................................................................... 23 4.6 图像采集及压缩..................................................................................................... 24 4.6.1 图像采集.......................................................................................................... 24 4.6.2 图像压缩与远程传输...................................................................................... 26 4.7 系统远程公布的实现............................................................................................. 30 4.7.1 基于 DataSocket 的远程通信方式 ................................................................. 30 4.7.2 远程 Web 访问 ................................................................................................ 31 4.7.3 可视化监控系统远程公布实现...................................................................... 32 第 5 章 系统实现与运行................................................................................................. 37 第 6 章 终止语 ................................................................................................................. 42 答谢辞