虚拟仪器在生物医学信号检测与处理分析研究 通信工程管理专业VIP免费

虚拟仪器在生物医学信号检测与处理摘要：介绍了虚拟仪器的概念、系统组成以及采用虚拟仪器和LabVIEW软件研发生物医学信号检测与处理实验系统的方法和技术，给出了虚拟仪器和LabVIEW在心电图测量中的应用实例。关键词：虚拟仪器、LabVIEW、虚拟医学仪器、生物医学信号检测与处理实验系统、心电图测量一、虚拟仪器概述计算机技术、微电子技术、软件技术、现代测量技术、电子仪器技术和通信技术相结合，产生了里程碑意义的新一代仪器——虚拟仪器。20世纪80年代中期，美国国家仪器公司（NationalInstrument公司，简称NI公司）首先提出了虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）的概念，认为虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及创建图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。它的出现开创了个人计算机仪器时代，开辟了测量测试技术的新纪元。虚拟仪器是一种新兴的构造仪器，一种功能意义上的仪器，是以具备控制、处理分析能力的软件为核心的软仪器。其思想是在最少量的硬件模块的支持下，通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，利用计算机来管理、组织仪器系统，主要用软件来实现传统仪器中的绝大部分甚至全部由硬件电子电路实现的功能，有限的硬件则是为虚拟仪器的正常运行提供信号输入、输出的物理接口，这样就大大节省了物质资源，增加了系统的灵活性。二、用虚拟仪器研发生物医学信号检测与处理实验系统的技术方法1、可行性分析对于大多数生物医学测量仪器来说，不管它多么复杂，一般都可以分解为三个主要部分：传感器（包括电极）、放大器和测量电路、数据处理和显示装置。从功能模块上分析，虚拟仪器同样由传感器、放大器和测量电路（数据采集卡）、数据处理和显示装置组成，其中数据处理和显示完全能用计算机的软件系统来完成。但由于生物医学测量仪器测量的对象是人体(人体是相当复杂的生命有机体)，而且测量系统和被测人体间存在明显且复杂的相互作用，所以又不同于一般的电子测量仪器系统。生物医学测量系统不仅要求更严格的技术性能，如噪声性能、抗干扰能力、测量精度及可靠性等，而且还有一些特殊的要求，如安全性等。尤其是前置放大器的设计很独特，如要求高输入阻抗、浮地隔离、低噪声等，而其他部分则没有什么两样。因此，只要提供相应的生物电放大器，就可利用虚拟仪器进行生物医学信号的检测与处理。2、具体的技术方案如前所述，利用虚拟仪器进行生物医学信号的检测与处理时，需设计专用的生物电放大器，由放大器拾取、预处理（如放大、工频滤波等）生物信号，然后利用数据采集卡和LabVIEW软件进行信号的采集、显示和分析。图1虚拟医学仪器的原理框图点击此处查看全部新闻图片可用上述的虚拟仪器系统（简称为虚拟医学仪器）监测任何类型的生物医学参数或信号，如ECG、EEG、EMG、EOG、生理压力（血压等）、流量、温度及生物力等。[1][2][3][4][5][6]下一页3、虚拟医学仪器的特点虚拟医学仪器充分利用计算机的资源（尤其是软件资源），使医学仪器的设计变得简单、灵活富有弹性、更加模块化、易维护、可重复利用性好、省时经济等，而且增强了医学仪器的功能，如分析处理、存储管理等能力，同时仪器的用户界面更加美观、友好，操作使用非常简便。虚拟医学仪器不仅能用于临床监护，更适合于医学实验研究与教学。使用虚拟医学仪器进行医学实验研究与教学，首先，可大大减少医学实验所需的专用仪器购置，由于专用仪器的技术要求高，绝大多数靠国外进口、价格昂贵，维修和更新容易造成资源的浪费。其次，传统的医疗仪器完全由硬件构成，有开发和维护不方便且费用高、功能单一、操作不便等缺点。而虚拟医学仪器主要由软件构成，再结合相关的硬件设备，具有自动、智能化、远距离传输、价格低、多功能的外围硬件仪器接口等优点，易于扩展。最后，由于采用易学易用的图形化语言编程软件LabVIEW，且提供非常丰富、功能强大的信号或数据处理软件库，即使是没有计算机软件设计方面知识和经验的医务工作者亦能编程，直接参与仪器的...