（生物医学工程专业论文）基于虚拟仪器的多功能检测分析系统.pdf

山东大学硕士学位论文 同步检测与分析。 运行主程序，在颅内压检测的同时可根据用户指令触发其它生 理指标的检测功能，实时检测并显示相应时刻的心率、体温和心电， 在前面板的w a v e f o r mc h a r t 控件中可以观测各数值的变化趋势；可 根据用户指令选择保存有价值的生命体征信息，实验结束后实现相 关数据的回放功能。使用l a b v ie w 调用m a t l a b 算法实现p e t 图像处理， 用l a b v ie w 设计用户图形界面，负责数据采集和网络通信；m a t l a b 在 后台提供大型算法供l a b v ie w 调用。该算法采用平移运动模型，通过 对正则化线性斜率的自适应更新，动态优化代价函数，以降低对p e t 图像高频成分的抑制。为验证本文算法的有效性，采用模拟p e t 序列 图像进行实验。 研究结果： 建立了基于虚拟仪器语言l a b v ie w 的多功能检测分析系统，实 现了对淋巴滞留性脑病的多项指标变化的同步检测。该系统实现了 对所观测数据的实时检测、分析、存储，可以精确地得到实验数据。 系统在运行过程中将实验数据结果保存为l v m 文件。l v m 文件保存了 所分析对象的参数值和生命体征数据值，以二元数组的形式保存在 指定的文件中，程序读入后可形象的显示各个生命体征的变化趋势。 在改进p e t 图像分辨率的实验中，本文的算法与h u h e 算法相比，p s n r 平均提高2 6 5 d b 。新算法在改善图像空间分辨率上取得良好的效果， 同时具有很好的抗噪性能。 实验结论： 基于虚拟仪器语言l a b v i e w 的多功能检测分析系统实现多通道 数据信息的同步实时采集、记录、分析和保存。完成了颅内压、心 电与体温等其它生命体征指标的检测和处理，提高了图像质量。大 鼠实验结果显示，系统具有较好的稳定性、良好的准确性和较高的 灵敏度。 关键词： 数据采集；l a b v ie w ；图像处理；颅内压；m a t l a b 山东大学硕士学位论文 am u l tif u n c tio n a ld e t e c tl0 na n da n a l y sis s y s t e mb a s e d0 nvir t u a lin s t r u m e n t a b s t r a c t a i m ： p o s t g r a d u a t e ：l i uj i a n l i n s u p e r v i s o r ：p a ny a n a b n o r m a l i t i e si nb r a i nt i s s u ec a u s e d b y c e r v i c a l l y m p h a t i c b l o c k a g ec a nc a u s ek i n d so fd i s e a s e si nc e n t r a ln e r v o u ss y s t e m ，s u c ha s h y d r o c e p h a l u s ，i n c r e a s e di n t r a c r a n i a lp r e s s u r e ( i i c p ) a n da b n o r m a l b r a i nw a v e s ，a n dc a ni n f l u e n c eb o d ys y s t e m s s i m u l t a n e o u s l y t h e m u l t i f u n c t i o n a ld e t e c t i o na n d a n a l y s i ss y s t e m b a s e do nv i r t u a l i n s t r u m e n tc a nr e s e a r c ht h em u l t i d i m e n s i o n a li n f l u e n c e ，a n dc a nd e t e c t a n da n a l y z ei n t r a c r a n i a lp r e s s u r e ( i c p ) a n do t h e rv i t a ls i g n s ，s u c ha s b o d yt e m p e r a t u r ea n de l e c t r o c a r d i o g r a m ( e c g ) a tt h es a m et i m e t h e s y s t e m u s e da p r o g r a m m a b l el a n g u a g e w h i c hc a l l e d l a b o r a t o r y v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o n e n g i n e e r i n g w o r k b e n c h ( l a b v i e w ) b yc o m p a r i s o nw i t hm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ( m r i ) a n d c o m p u t e dt o m o g r a p h y ( c t ) ，p o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h y ( p e t ) h a s t h ea d v a n t a g eo fr e g i o n a lm e t a b o l i s ma n df u n c t i o n ，s u c ha st e m p o r a l c e r e b r a li s c h e m i a ，e p i l e p s y , t r a u m a t i s m ，p r e s e n i l ed e m e n t i a ，m i g r a i n e a n ds oo n b u tp e ti m a g e sh a v el o w - r e s o l u t i o n s i no r d e rt oa d v a n c e t h er e s o l u t i o ni np e ti m a g e s ，t h ee x p e r i m e n tu s e ss rt e c h n i q u et o e s t i m a t e h i g h r e s o l u t i o n ( h r )i m a g e s f r o ma s e q u e n c e o f l o w - r e s o l u t i o np o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h yi m a g e st h a ti n c l u d e a d d i t i v eg a u s s i a nn o i s ea n db l u r r e dn o i s e m e t h o d s ： 1 b u i l da n i m a lm o d e l so f1 y m p h o s t a t i ce n c e p h a l o p a t h y ( l e ) ： 3 山东人学硕十学位论文 b u i l da n i m a lm o d e l so fly m p h o s t a tice n c e p h a lo p a t h y ( l e ) b y l i g a t i n ga n dr e m o v i n gl y m p h o g l a n d u l a ec e r v i c a l e ss u p e r f i c i a l e s a n dl y m p h o g l a n d u l a ec e r v i c a l e sp r o f u n d a e 2 s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g n ：l a b v i e wp r o g r a m m a b l el a n g u a g e i st h ep r i m a r yp r o g r a ml a n g u a g ei nt h i ss y s t e m ，w h i c hm a i n l y h a st w of u n c t i o nm o d u l e s ，d a t ac o l l e c t i o nf u n c t i o nm o d u l ea n d i m a g ep r o c e s s i o nf u n c t i o nm o d u l e 3 s i g n a ld e t e c t i o n ：u s et h em e t h o do fp l a n t i n gs e n s o ru n d e r c e r e b r a ld u r am a t e rt od e t e c ti c pb ys t e r e o t a x i ei n s t r u m e n t ，p u t t e m p e r a t u r ep i c k u pi n t or a t s a n u st od e t e c tt e m p e r a t u r e ，p u t s u b d e r m a le l e c t r o d eu n d e rs u b c u t a n e o u st i s s u eo fr a t sr i g h t f o r eh a n d ，r i g h th i n dl e ga n dl e f th i n dl e gt od e t e c th o l t e r u s et h ed e s i g n e ds y s t e mt od e t e c tt h es i g n sa tt h es a m et i m e r u nt h em a i ns y s t e mt od e t e c ti c pa n da l s ot od e t e c t ，s a v ea n d d i s p o s et h ed a t a o fh e a r tr a t e ，t e m p e r a t u r ea n de c gi n r e a lt i m e m u t a t i v et e n d e n c yc a nb eo b s e r v e df r o mt h ec o n t r o lo fw a v e f o r mc h a r t i nt h ef r o n t a lp a n e l u s e r sc a nc h o o s et h ea p p r o p r i a t et i m et os a v et h e v a l u a b l ed a t a ，r e c u rt h ec o r r e l a t i v ed a t ai nt h ee n do ft h ee x p e r i m e n t u s el a b v i e wt ot r a n s f e rm a t r i xl a b o r a t o r y ( m a t l a b ) a r i t h m e t i ct o r e a l i z ep e ti m a g e sp r o c e s s i n g ，w h i c hd a t a a c q u i s i t i o na n dn e t w o r k s e r v i c ea r ed e s i g n e db a s e do nl a b v i e wa n da r i t h m e t i ci ss u p p l i e db y m a t l a b t h i sa l g o r i t h mc a n a d a p t i v e l yo p t i m i z et h ec o s tf u n c t i o na n d r e d u c et h ec o n s t r a i n th i g hf r e q u e n c yc o m p o n e n t so fp e ti m a g eb y a d a p t i v e l yu p d a t i n gl i n e a rs l o p eo ft h er e g u l a r i z a t i o np a r a m e t e r ( r p ) t h ec o n v e r g e n c ep r o p e r t yo fp r o p o s e da l g o r i t h mi sa n a l y z e di nd e t a i l at r a n s l a t i o n a lm o t i o nm o d e li sa s s u m e d t h ep r o p o s e dm e t h o di s p e r f o r m e do ns i m u l a t e dp e ti m a g es e q u e n c e r e s u l t s ： am u l t i f u n c t i o n a ld e t e c t i o na n da n a l y s i ss y s t e mp r o g r a m m e db y v i r t u a li n s t r u m e n tl a b v i e wc a nd e t e c tt h ep h y s i c a ls i g n sd u r i n gt h e 4 山东大学硕士学位论文 p r o g r e s so ft h ee x p e r i m e n tb yb u i l d i n ga n i m a lm o d e l so fl y m p h o s t a t i c e n c e p h a l o p a t h y t h es y s t e mm a k et h er e a l t i m e d e t e c t 、d a t a - a n a l y s i s a n dd a t a - s a v ec a m ei n t ot r u t ha n dc o l l e c t e dd a t aa c c u r a t e l y l v mf i l ei s t h ef o r mt os a v et h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t t h el v mf i l es a v e st h ei c p d a t aa n do t h e rp h y s i o l o g i c a li n d e x e so ft h ed i s t i n g u i s h e do b j e c tw h i c h i ss a v e da sap a i ro fn u m b e ra n dw i l lb e r e a dt o r e p l a yt h ec h a n g e d t e n d e n c yo fv i t a ls i g n s c o m p a r e dt om e t h o do fh u h e ，t h ea v e r a g e i m p r o v e m e n t f o r t h e p r o p o s e d m e t h o di s 2 6 5 d b ，t h ep r o p o s e d a l g o r i t h mo u t p e r f o r m s t h ec o n v e n t i o n a l a p p r o a c h i nt h e s p a t i a l r e s o l u t i o n ；m e a n w h i l et h ea n t i - n o i s ep e r f o r m a n c ei si m p r o v e di nt h i s n o v e lm e t h o d c o n c l u s i o n ： t h em u l t i f u n c t i o n a ld e t e c t i o na n da n a l y s i ss y s t e mp r o g r a m m e d b a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n tw h i c hc a l l e d l a b o r a t o r y v i r t u a l i n s t r u m e n t a t i o ne n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ( l a b v i e w ) c a nr e c o r d ，s a v e a n da n a l y z et h ev i t a ls i g n sd a t ao b t a i n e df r o me x p e r i m e n tw i t hm o r e f u n c t i o n st h a na n yo t h e rd a t ac o l l e c t i o ns y s t e m s ，c o m p l e t et od e t e c ta n d a n a l y z et h ei c p ，e c ga n dt e m p e r a t u r ea n do t h e rp h y s i c a ls i g n s ，a n d a l s oi n c r e a s ei m a g eq u a l i t yw i t ht h ep r o p o s e da r i t h m e t i c t h es o f t w a r e s y s t e mh a sap r e f e r a b l es t a b i l i t ya n dt h ei n t r a v i t a lr a t se x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wab e t t e rv e r a c i t ya n ds e n s i t i v i t y k e yw o r d s ： d a t ac o l l e c t i o n ；l a b v i e w ；i m a g ep r o c e s s i n g ；i n t r a c r a n i a lp r e s s u r e ； m a t l a b 5 山东大学硕上学位论文 中英文符号说明 缩写英文全称中文名称 i c p i n t r a c r a n i a lp r e s s u r e 颅内压 c l o c e r e b r a l l y m p h a t ic 淋巴滞留性脑水肿 o b s t r u c ti o n的动物模型 b pb 1 0 0 dp r e s s u r e血压 b t b o d yt e m p e r a t u r e体温 e c g e l e c t r o c a r d i o g r a p h 心电 d a q d a t aa c q u is i t i o n数据采集 g p i b g e n e r a l p u r p o s e通用接口总线 i n t e r f a c eb u s h r h e a f tr a t e 心律 i m a q i m a g ea c q u i r e图像获取 l a b v i e w l a b o r a t o r y v i r t u a l实验室虚拟仪器工 i n s t r u m e n t 程平台 e n g in e e rin gw o r k b e n c h l v ml a b v le wm a n a g e m e n tl a b v ie w 管理存取 格式 n in a t i o ni n s t r u m e n t s美国国家仪器公司 p cp e r s o n a lc o m p u t e r个人计算机 m a t l a bm a t r i xl a b o r a t o r y矩阵实验室 v i v i r t u a li n s t r u m e n t虚拟仪器 s r s u p e rr e s o l u t i o n超分辨率 p e t p o s i t r o n e m is s i o n正电子发射计算机 t o m o g r a h y 断层 x - c t x r a yc o m p u t e dx 线计算机体层摄 t o m o g r a p h y影 m r i m a g n e tic r e s o n a n c e磁共振成像术 i m a g i n g - 6 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声 明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 勤篓盐。 f t 期： 望全2 ：皇。z 金 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：勤塞监导师签名：整日 期：型之皇：堡 山东大学硕上学位论文 基于虚拟仪器的多功能检测分析系统 研究生：刘建琳 指导教师：潘燕 1 引言 第十届世界淋巴学会宣言中指出人体的任何部位都有淋巴系统 托1 。国内外部分学者已经开始注意到淋巴引流的生理、病理意义， 并取得了一些突破性进展。通过观察研究已证实脑内虽然没有真正 的衬有内皮的淋巴管，但却存在着淋巴引流。脑淋巴引流障碍产生 的脑组织病变不仅导致一系列神经系统的功能改变，同时对机体的 其它器官也会造成不同程度的影响。 为了更加深入的了解脑淋巴循环障碍对机体产生的多方面影响， 本研究设计了这套“基于虚拟仪器的多功能检测分析系统 ，通过阻 断大鼠的颈部淋巴引流，建立大鼠脑淋巴阻断模型。以便同步观察 脑淋巴引流障碍导致的颅内压力变化，自主神经功能的改变及其它 生理指标的变化。同时设计了图像处理模块，通过改进医学影像诊 断图像的算法，改善放射性核素成像的质量。放射性核素成像可反映 脑淋巴引流障碍导致的大脑功能改变程度。 1 1淋巴性脑病 任何原因引起的脑淋巴液产生过多或引流障碍，均可导致淋巴 滞留性脑水肿( 1y m p h o s t a ticc e r e b r o e d e m a ，l c e ) ，临床上称之为 “淋巴滞留性脑病c 3 ( 1y m p h o s t a t ice n c e p h a lo p a t h y ，l e ) 。 国内外一些学者采用阻断大鼠颈部淋巴引流引起淋巴性脑水肿 的动物模型，进行了一系列的研究，包括： 1 结合体位改变对大鼠血压、脑电及心率调节功能的影响引：手 术组大鼠表现为头下垂、毛发松散、精神萎靡、四肢无力，自主 活动减少及反应迟钝、对外界刺激反应淡漠等。血压、心率调节 功能减弱，压力感受器反射灵敏度( b s ) 明显较低，产生体位性低 血压。 山东大学硕十学位论文 2 对大鼠神经元形态改变的观察 ：脑组织及毛细血管壁明显水 肿；超微结构观察可见部分神经元皱缩变小，轮廓不清晰，核皱 缩变形，核染色质聚集呈团块或半月形，核膜结构不完整；t u n e l 染色光镜观察细胞核染成蓝色、形状不规则、染色质聚集成团块 状。假手术组均无明显症状。且神经元的死亡 8 钊，主要发生在 大脑皮层第三层的小椎体细胞及海马c a i 区椎体细胞层。 3 对脑形态学和皮质诱发电位的改变n 叫：脑膜变紧张，脑体积增大， 脑组织肿胀；超微结构观察毛细血管基底膜肥厚，小血管壁外膜 及v ir c h o w r o bin 间隙呈半月形或不规则形扩张，内部充满大量 水肿液，毛细血管壁受压变形；皮质诱发电位潜伏期显著延长。 4 对大脑中动脉阻塞模型的影响l 儿1 2 1 ：发现手术组大鼠的脑组织形 态学改变明显 1 引，正常结构不能辨认。脑淋巴引流途径的受阻可 明显加重m a c o 大鼠缺血性脑损伤n 钊，并促使缺血区脑组织中超氧 化物歧化酶( s u p e r o xid e n is m u t a s e ，e c l 15 1 1 ，s o d ) 活性 进一步下降和丙二醛( m d a ) 含量的进一步增加n 副。 c l o ( c e r e b r a l1 y m p h a t i co b s t r u c t i o i l ) 模型的制作方法 简单易行，实验条件容易控制，成功率高，重复性好，动物死亡 率低，符合临床上l c e ( 1y m p h o s t a ticc e r e b r o e d e m a ) 的病理过 程。 1 2颅内压力 颅内压( in t r a c r a n ia lp r e s s u r e ，i c p ) 是神经内外学中一项 重要的辅助诊断指标。正常颅内压是保证中枢神经系统内环境稳定 和完成各种生理功能的必要条件。 颅内压的不断增高达到一定程度时，必将引起脑灌注压的降低 和脑血流量的减少而发生脑缺血、缺氧，脑细胞对缺氧的耐受性又 最低，结果必将引发程度不等的脑细胞损害和脑功能障碍，这是颅 内压增高引起各种继发性病变的基本病理生理机制。这种病程演变 如果没有得到及时有效的治疗予以中止和逆转，必将导致严重后果， 影响病人的转归，轻者遗留神经缺陷而致残，重者可转为去大脑皮 山东大学硕士学位论文 层状态成为植物性生存，甚至脑死亡n 引。 颅内压力的持续动态记录监护既有助于诊断，又可根据压力的 变化及时诊断病情，制定与指导治疗措施。 1 2 1颅内压的组成 在正常人，颅内有一定的压力，称为颅内压力n 8 1 7 1 ，或习惯地 简称为颅内压、颅压或脑压。颅腔及其内容物( 脑组织、脑脊液、 血液) 是组成颅内压力的解剖学基础；脑脊液的液体静力压和脑血 管张力变动的压力是组成颅内压的生理学基础。颅内压是指颅内容 物对颅腔壁上的压力，是由液体静力压和血管张力变动的压力两个 因素所组成的，通过生理调节，维持着相对稳定的正常颅内压力。 正常成人颅腔是有颅底骨和颅盖骨组成的腔体，由于组成颅腔 的颅骨坚硬且不能扩张，所以每个人的颅腔容积是恒定的。颅腔内 有三种内容物，即脑组织、脑脊液和血液。脑组织的体积在颅腔内 最大，约占l4 0 0 9 ，占颅腔总容积的8 0 - - 9 0 ；脑脊液约15 0 m l ，约 占颅腔总容积的lo ：血液约7 5 m l ，约占颅腔总容积的2 - - 11 。正 常情况下，脑血容量的变化范围较大，其多少取决于脑血管的扩张 和收缩程度。在正常生理情况下，颅腔容积及其所容纳内容物的体 积是相适应的并在颅内保持着相对稳定的压力引。 1 2 2颅内压的测定与正常值 测量颅内压的方法和途径不同，主要包括穿刺脑脊液腔用压力 管测量和用颅压监护仪测量。 由于存在于蛛网膜下腔和脑池内的脑脊液介于颅腔壁和脑组织 之间，并于脑室和脊髓腔内蛛网膜下腔相通，所以脑脊液的静水压 就可代表颅内压，应更为确切地称为脑脊液压力，通常以侧卧位时 颅脑脊液压力为代表。通常所说的颅内压，是指在水平侧卧位而身 体松弛的状态下，穿刺腰椎，以测压管( 玻璃管或塑料管) 或压力 表测出的读数，即为临床的颅内压力，单位为千帕( k p a ) 或毫米汞 柱( m m h g ) 或毫米水柱( m m h ：0 ) 。测压管以内径2 3 毫米为宜，太 细易有毛细管作用使压力偏高，太粗则使许多的脑脊液流出而使压 力偏低。 山东大学硕上学位论文 正常颅内压9 1 ，在侧卧位时，成人为o 7 2 o k p a ( 相当于5 15 m m h g 或7 0 - - 一，2 0 0 m m h ：0 ) ，儿童为0 5 1 o k p a ( 相当于3 5 7 5 m m h g 或5 0 - 一l0 0m m h ：0 ) ，此压力比平卧位时侧脑室的最高点要高。坐位 时腰穿压力可达3 3 4 o k p a ( 相当于2 5 3 0 m m h g 或3 5 0 4 0 0 m m h ：0 ) ，但这压力比坐位时侧脑室的最高点要底。 1 2 3颅内压的自动调节 脑脊液主要由脑室脉络丛分泌，侧脑室的液体经室间孔流入第 三脑室，通过大脑导水管而进入第四脑室，再经居中的中间孔和两 侧的外侧孔，流至脑脊髓蛛网膜下腔及脑池。大部分脑脊液经脑穹 窿面的蛛网膜绒毛吸收至上矢状窦，小部分从脑神经根周围间隙吸 收。 正常颅内压因受多种生理因素的影响而波动，但通过生理活动 自动地进行着调节，并相对稳定地保持在一定的压力范围内。由于 颅腔容积固定，因此，颅腔内脑组织、供应脑的血管和脑脊液都不 允许有大幅度的增减。如其中之一的体积增大时，必须有其他的内 容物同时或至少其中之一的体积缩减来平衡。在正常生理情况下， 颅内三大内容物中脑组织的体积比较恒定，因此，颅内压在正常范 围内的调节就成为脑血流量和脑脊液之间的平衡，其中一个体积增 加，需要另一个体积缩减来协调。 1 3常用的颅内压检测系统和方法 1 3 1临床颅内压增高的特殊检查方法 首先应以临床诊断为依据，根据临床需要首先选用简单、安全、 经济及诊断价值较高的项目。 临床上颅内压增高检测的特殊方法有n 引： 神经系统检查( e x a m in a t io no ft h en e r v o u ss y s t e m ) ； 颅内压监护( i n t r a c r a n i a lp r e ss u r em o n it o r ) 弛0 1 ； 腰椎穿刺术( 1u m b a rp u n c t u r e ) 与脑脊液检查( e x a m in a tio no f c e r e b r o s p i n a lf l u i d ) ； 脑电图( e le c t r o e n c e p h a l o g r a m ，e e g ) 、诱发电位( e v o k e d 1 0 山东人学硕十学位论文 p o t e n t i a l ，e p ) 、肌电图( e l e c t r o m y o g r a p h y ，e m g ) ； 颅脑x 线摄片检查( e x a m i n a tio no fc r a nio c e r e b r a l x r a d i o g r a p h y ) ； 脑室造影( y e n t ria l l lo g r a p h y ) ： 气脑造影( p n e u m o e n c e p h a lo g r a p h y ) ； 脑血管造影检查( c e r e b r a la n g io g r a p h y ) 、数字减影血管造影 ( d i g i t a ls u b s a c t i o na n g i o g r a p h y ，d s a ) ； 计算机体层摄影( c o m p u t e dt o m o g r a p h y ，c t ) ； 磁共振成像检查( m a g n e t icr e s o n a n c eim a g in g ，m r i ) ； 放射性核素发射型计算机断层( e m is sio i lc o m p u te dt o m o g r a p h y ， e c t ) ； 多普勒( d o p p le r ) 超声诊断； 神经系统放射性同位素( r a d io a c tiv eis o t o p e ) ； 神经眼科学检查； 神经耳科学检查。 1 3 2 实验室检测颅内压的方法 对颅内压的基础实验研究，现在主要包括两种：有创颅内压检 测技术和无创颅内压检测技术。 有创颅内压检测，根据压力传感器方式的不同，可分为液压式 传感器检测( 脑脊液) 、非液压式传感器检测( 空气) 及光纤传感式检 测。传感器探头放置在脑室内、硬膜下、硬膜外、颅骨外表面瞳及 脑实质等部位。有创颅内压检测可引起一些并发症，如颅内感染、出 血、脑脊液漏等。也有一些技术原因如探头阻塞、移位等，可使检 测失败。此外，检测时基线飘移也会直接影响监测结果的准确性。 近年来，无创颅内压检测的相关理论和仪器开发研究已有较多 报道，少量无创颅内压检测设备也投入临床使用。但因检测精度、 途径的局限性等原因使其应用规模极小。目前无创颅内压检测技术心2 1 包括以下几种： 1 、视神经鞘直径检测i c p 2 3 m 州2 5 1 2 、脑动脉0 流量压力检测i c p m 7 1 山东人学硕士学位论文 3 、耳鼓膜移位( t y m p a n i em e m b r a n ed is p l a c e m e n t ，t m d ) 检测 i c p 2 8 1 4 、前卤测压( a n t e r i o rf o n t a n e lp r e s s u r e ，a f p ) 检测i c p 5 、视网膜静脉压检测i c p 乜9 1 6 、近红外光谱信号分析( nir s ) 检测i c p o m l l 7 、闪光视觉诱发电位( f la s hv is u a le v o k e dp o te n tia ls ，f - v e p ) 检测ic p 3 2 1 8 、经颅多普勒( t r a n s c r a n i a ld o p p l e r ，t c d ) 检测i c p n 3 1 9 、生物电阻抗法检测i c p 4 1 l0 、建立颅内压的数学模型3 州3 6 3 7 1 1 4 虚拟仪器 随着计算机技术的飞速发展引，特别是微处理器和数字信号处 理( d igit a lsig n a lp r o c e ssin g ，d s p ) 技术的快速更新及其性价 比的不断提高，使原来许多只有用硬件才能完成的功能现在也可以 由软件实现。可视化程序开发语言在软件领域中为易于使用、功能 强大的软件开发提供了可能性，这就为一种全新的测控仪器系统一 一虚拟仪器( v ir t u a lin s t r u m e n t a tio n ，v i ) 的产生奠定了基础。 虚拟仪器引“们n 妇是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块 硬件结合起来，用户可以通过形象且易于识别的图形界面来操作虚 拟存在于计算机中的“仪器，就像在操作一台现实存在的仪器一样， 完成对被测量对象的数据采集、分析、显示及数据的存储、回放和 打印等工作。目前美国国家仪器n i ( n a tio n a li n s t r u m e n ts ) 公司、 惠普( h p ) 公司、t e k t r o n ix 公司等都推出了虚拟仪器。 1 4 1 虚拟仪器l a b vie w 简介 美国国家仪器公司( n a t i o ni n s t r u m e n ts ，n i ) 提出了“软件 即仪器 ( t h es o f t w a r eist h ein s t r u m e n t ) 的口号。从19 8 3 年起， n i 公司开始研究一种能为仪器系统的程序设计节省时间和精力的软 件，他们成功开发和完善了一个功能强大而又灵活的仪器、分析软 件的应用开发工具及面向仪器与测控过程的图形化虚拟仪器开发平 山东大学硕十学位论文 台一一l a b v i e w ( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n g w o r k b e n c h 一一实验室虚拟仪器工程平台) 。 l a b v ie w 4 2 3 4 1 编程语言的核心是图形化编程语言( g r a p hic a l p r o g r a m m in gla n g u a g e ，g 语言) ，它像c 语言和b a sic 语言一样， 是一种多用途的编程语言，但与它们最大的不同是，g 语言不是用语 句来表述的，而是用图形来表述的。 g 语言包含了传统语言的调试工具，用户可以设置断点，单步执 行，因为程序是图形化的，用户可以清楚地看见数据是如何在程序 中“流过 的，这就使程序的调试更加方便快捷。用g 语言编写的 l a b v ie w 程序叫做虚拟仪器程序( v i ) ，它们的外观、操作与传统的 仪器很像，其功能也与传统仪器类似。v i 程序包括三个部分：前面 板、模框图程序和图标连线端口。 l a b v ie w 是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合，是简化 了而更易于使用的、基于图像化的开发环境。l a b v ie w 具有图形化编 程、数据流传输、无限嵌套子v i 等优点，而且图形直观，界面友好， 开发周期短，运行稳定。为广大工程师和科学家进行测试测量、过 程控制及数据分析和存储带来了方便。同时，l a b v i e w 提供了大量 的虚拟仪器和函数库来帮助编程，还配有功能更加强大的工具包。 前面板用于设置输入数值和观察输出量。由于程序前面板是模 块真实仪器的前面板，输入量被称为控制( c o n t r o ls ) ，输出量被称 作显示( in d ic a t e s ) 。用户可以使用许多图标，如旋钮、开关、按 钮、图表、图形等，来使前面板像传统仪器一样易懂易看。 每一个前面板程序都伴有一个相应的框图程序，框图程序用图 形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图中的部 分可以看成程序节点，如循环控制、事件控制和算术功能等。这些 部件都由连线联结，用以定义框图内的数据流动方向。 1 4 2 虚拟仪器l a b v le w 的主要特点 ( 1 ) l a b v ie w 使用可视化技术建立人机界面。针对不同领域， l a b v i e w 提供了逼真的显示和控制对象，如温度计和旋钮等，用户还 可以方便的利用l a b v ie w 的例子程序。 山东人学硕士学位论文 ( 2 ) l a b v ie w 提供了大量的现有函数库供用户调用，从低层的 g p ib 、v x i 、p x i 、串口数据采集板的控制子程序到仪器驱动程序： 从基本的功能函数到高级分析库，几乎涵盖了仪器设计中需要的所 有函数：l a b v ie w 还支持用于网络通讯的t c p i p 协议、动态数据交 换( d d e ) 和网络化多媒体对象技术 ( 3 ) 与传统仪器相比，虚拟仪器立足于软件，不依赖硬件，因 此虚拟仪器具有开发与维护的费用低、技术更新周期短、价格低、 用户可定义功能以及与其它设备极易相连等优点。用户不再需要为 硬件的升级花费大量的资金，只需定期升级软件。 ( 4 ) 在虚拟仪器中，专用仪器的软件是使用模块化的可重用代 码，不像在传统仪器中那样使用单一的r o m 。虚拟仪器的功能是以文 件形式存储在硬盘和软盘上，可以安装在任何一台计算机上。 1 4 3 虚拟仪器l a b vie w 的数据采集和数据处理 数据采集印( d a t aa c q u isitio i l ，d a q ) 是l a b v ie w 的核心技术 之一。l a b v ie w 提供了与n i 公司的数据采集硬件相配合的丰富的软 件资源，使它能够方便的将现实世界中各种物理量数据采集到计算 机中，从而为计算机在测量领域发挥其强大的功能奠定了基础。n i 公司还提供了一个数据采集卡的配置工具软件一m e a s u r e m e n t & a u t o m a tio n ( m a x ) ，它的功能非常强大，可以实现浏览系统中的设 备和仪器，并快速检测及配置硬件和软件；通过测试面板验证和诊 断硬件的运作情况；创建新的通道、任务、接口和比例等。利用n i 公司的数据采集卡可以实现多通道连续采集，是本实验的核心功能。 l a b v i e w 自7 0 版本以来，将d a q 分为两类：传统d a q 和d a q m x 。 本系统的开发使用的是d a q m x 。 1 5m a t l a b m a t l a b 引是美国m a th w o r k s 公司出品的商业数学软件，用于算法 开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和 交互式环境，主要包括m a t l a b 和si m u lin k 两大部分。 m a t l a b 是矩阵实验室( m a t r ixl a b o r a t o r y ) 的简称，和 山东大学硕十学位论文 m a t h e m a tic a 、m a p le 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软 件中在数值计算方面首屈一指。m a t l a b 可以进行矩阵运算、绘制函 数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等， 主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信 号检测、金融建模设计与分析等领域。 m