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。
心脏的基本活动包括电活动和机械活动，心脏活动具有周期性，而且每个周期都是电活动在前，机械活动在后。
心电信号是一种典型的生物电信号，具有相位、频率、振幅等特征要素，相对其他生物电信号更易于检测，并具有一定的规律性。
由于心电信号从不同方面和层次上反映了心脏的工作状态，因此在心脏疾病的临床诊断和治疗过程中具有非常重要的参考价值。
对心电信号的采集和分析处理一直是生物医学工程领域研究的一个热点，是一项复杂的工程，涉及到信号采集放大，降低噪声和抗干扰技术，信号分析和处理技术等不同领域，也依赖于生命科学和临床医学的研究进展。
自从心电图引入医学临床以来，无论是在生物医学方面，还是在工程学方面，心电信号的记录、处理与诊断技术均得到了飞速的发展，并积累了丰富的资料。
目前，心电信号的检测、处理仍然是生物医学工程界的重要研究对象之一。
1.1心电信号采集和分析系统的发展心电检测技术作为生物医学仪器研究的重点，它的发展与电子技术的发展密切相关。
1887年，Willer用毛细管静电计首次描记出人体心电图波群，开创了人类心电图记录的先河。
由于毛细管电流计记录的结果处理起来非常耗时，难以达到实用的程度。
经过数年的无数次试验，终于选中了一种直径只有0.002mm的镀银石英丝，以取代原来笨重的线圈和反射镜，于1903年制成了弦线型心电流计，从此将心电的记录引入到了临床。
1932年，美国密西根大学教授Wilson根据Einthoven方程推论出肢体导联三个电极上瞬间电位之和为0。
从而创立了著名的零电位中心电端理论，建立了单极导联记录技术，并描记出单极肢体导联VL、VR、VF及单极胸前导联V1～V6。
1942年，Goldberger 改良了中心电位端，设计了肢体单极加压导联aVR、aVL、aVF，使VR、VL、VF图形保持不变，而波幅增大了50％，在实际工作上使图形更加容易辨认，并由此形成了Einthoven—Wilson理论体系。
1954年，美国心脏学会提出用aVR、aVL、aVF代替VR、VL、VF。
在此之后，国际心电学会将三个单极加压导联、三个双极肢体导联和六个胸导联一起称之为“标准导联”，这12导联心电图体系已经成为目前国际公认的基础，也即静态心电图。
其他心电信号技术都是在静态心电图技术的基础上发展起来的。
1957年，美国物理学家Holter首创了一种用磁带记录器对正常活动状态下的病人做长时间连续心电图记录的方法，开辟了时间全信息和环境全信息心电记录和诊断的新领域，从而在某种程度上弥补了常规心电图的不足之处。
1961年，美国最先将DCG技术应用到临床，以后很快在发达国家得到普及。
自1978年我国开始引进此项技术以来，临床应用逐步深入，已从大医院逐步向中小医院普及，成为心血管疾病诊断领域中的实用、高效、无创伤、安全、准确及可重复性强的重要检查方法。
在20世纪50年代以前，心电图仪的发展主要是解决了小型化和提高灵敏度的问题。
在这方面，德国的西门子和霍尔斯克公司做出了突出的贡献。
50年代中期以后，心电图仪的改进步入了一个更高的层次，即计算机化以及与其他检测技术合成的阶段。
20世纪晚期又采用集成块代替晶体管，从而使原来庞大的心电检测系统改革成为一只精巧、美观、实用的心电仪器。
1.2心电信号采集分析系统的研究现状随着电子与信息技术的不断发展及其在医疗系统中应用的深入，世界各地相继提出了心电检测设备的小型化、家用化要求和建立远程医疗体系的设想。
从1980年代开始，国外开始建立以电话线路传输心电信号的心电图监测中心，随后又出现了以数字式电话传输心电图信号的研究。
进入21世纪后，美国和欧盟在2000～2005年期间各投入150亿美元和17.5亿美元用来进行远程医疗的研究工作，与此同时，国外各大公司也纷纷跟进，进行心电监护产品的研究开发工作；亚洲的日本在这方面也做了较大的投入，其中SONY，东芝已有类似的监护设备上市，但都价格不菲。