基于虛擬儀器技術的家用心電儀的設計

　　虛擬分析儀采用NI公司的LabVIEW8.5軟件進行開發，其面板采用圖形化的編程語言(G語言)進行開發，設計了通訊端口設置、心電圖顯示存儲、心率計算、健康狀況評估、網絡發布等功能模塊。程序流程圖如圖9所示，首先設置通訊端口參數，讀取數據并通過波形圖的方式顯示與保存;同時通過波形圖計算心率，并存入數據庫;根據數據庫建立的模型與實時心率綜合分析患者當前的健康狀況，并將波形、心率、評估信息通過網絡實現共享。

　　圖9 虛擬分析儀程序流程圖

　　2.1通訊端口設置

　　無線通訊模塊與分析儀通過USB映射的虛擬串口通訊，不同的終端設備通過串口號來區分。同時，還需設置數據格式和傳輸速率，以便相互匹配。該功能利用LabVIEW自帶的visa驅動來開發，端口號為COM3，波特率9600b/s，8bit，1位停止位，無奇偶校驗位。

　　2.2心電圖顯示與存儲

　　心電圖顯示是將從通訊端口讀取的數據以波形的形式顯示在面板上，同時將歷史波形以文件的形式存儲，隨時調用回放。波形顯示利用LabVIEW自帶的波形圖控件，將串口讀入的值轉化成數組，再轉化成圖形顯示在面板上。波形存儲則利用“寫入波形至文件”函數實現，用條件結構來控制其運行。

　　2.3心率計算與分析

　　由于心電圖波形信號成分比較復雜，波形的頻率并不直接等于心率，所以心率的計算需要基于波形圖像的分析來實現。通過觀察波形可知，一次心跳伴隨著一個較窄的尖峰脈沖，只要準確地捕捉到尖峰脈沖，就能求得心率。對尖峰脈沖的檢測，可以調用LabVIEW自帶的“波峰檢測”函數，注意合理的閾值和寬度設置，需要在實驗過程中反復調試。心率計算的算法為：

　　式中，F表示心率，T表示相鄰波峰時間間隔，l表示相鄰波峰索引位置之差，t表示相鄰兩點采樣時間間隔，f表示采樣頻率。

　　“波峰檢測”函數計算出當前波峰所處的索引位置，利用移位寄存器可以求出相鄰兩波峰的索引位置之差l，將其乘以相鄰采樣點的時間間隔t，得到相鄰波峰的時間間隔，也即兩次心跳的時間間隔，從而得到心率。

　　分析儀將長期監測得到的波形和心率數據存入數據庫，綜合時間、環境、既往病史等因素建立患者的經驗模型。根據大量的數據計算出患者的心率平均值、正常心率范圍等參數，結合當前的測量值，給出異常狀況的提醒與分析，實現對健康狀況的初步評估。

　　2.4網絡發布

　　網絡發布功能為遠程訪問提供了一個客戶端接口，醫療機構能夠通過互聯網從web瀏覽器直接訪問虛擬分析儀，獲取最及時的患者信息，進行更為專業的分析與診斷。利用“Web發布工具”，設置查看方式與URL地址，即可實現該功能。