虚拟仪器在医学中的应用综述
摘要：本文介绍了虚拟仪器在医学应用方面的概况及虚拟仪器在医学领域应用的一般结构
和各组成部分的功能。在介绍虚拟仪器结构的基础上，本文对医用虚拟仪器和传统的医学仪器进行了比较，最后，本文分别介绍了虚拟仪器在医学方面的应用实例，如：脑电信号的提取，心电图的分析以及远程治疗的实现。
关键词：虚拟仪器 脑电信号 心电图 远程治疗
Application Of Virtual Instrument In Medicine Review
Abstract:This paper introduces an overview of virtual instruments in
the medical applications and the general structure of virtual instrumentation in the medical application and functions of the various components. Based on the introduction of the structure virtual instrument in this paper, we have compared virtual instruments with traditional medical medical apparatus Finally, this paper introduced the application of virtual instrument in the medical aspects, such as: extraction of EEG, ECG analysis, and achieve long-range treatment
Key words: Virtual Instruments ECG EEG remote treatment 1 引言
虚拟仪器指的是具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器:也就是在通用计算机上假上一组软件和域硬件，使得使用者在操作这台计算机时,就象是在操作一台他自己设计的专用传统电子仪器。它由通用个人计算机、模块化功能硬件和控制软件所成。操作人员通过友好的图形用户界面以及图形化编程语言来控制仪器的运行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储以及数据生成。
虚拟仪器是微电子技术、计算机软硬件技术、现代信号处理技术、虚拟现实技术等高新技术与测试技术、仪器技术密切结合共同孕育出的一项新成果。将虚拟仪器技术引入生物医,学仪器领域从而诞生了一个新兴
的仪器领域———生物医学虚拟仪器，而将网络的应用引入生物医疗仪器中组成虚拟生物医疗仪器系统。
生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。由于人体多种生物电信号和各种噪声的交织，以及测量系统本身的影响，使得信号的处理是复杂和困难的。应用计算机分析生物电信号，能有效降低信号处理的复杂性和困难度。特别是应用虚拟仪器技术分析生物医学信号，将使心脏功能检查、心电监护等变得灵活，高效。
基于虚拟仪器技术的生物医学仪器也开始得到发展，如美国的 GEMarquette Medical systems公司生产的动态心电图仪就是新一代虚拟化生物医学仪器，这种仪器
采用一个数据采集器对患者进行24小时心电信号监护与采集，然后采用Marquette分析软件进行心电分析和自动测量，具有快速检索、回放、人工修改、辅助分析等功能，并具有很强的辅助心电图诊断功能，目前已在国内一些大医院采用。如北京 301 医院，第三军医大学大坪医院，华西医科大学附属医院等。安捷伦公司也先后推出了两种类似于虚拟仪器技术的心电图分析系统:和惠普 zymedHolter
动态心电分析系统
(2010/1810)。惠普 M266lAPC心电图系统是一个具有 12 导联同步、实时心电图的仪器，具有强大的存储功能，可存储 10万份以上心电图波形及报告，能快速检索、回放、对比、自动测量，辅助分析，人工修改，重建心电向量辅助心电图诊断等功能。
2.医用虚拟仪器的一般结构
医用虚拟仪器的信号采集与处理系统由硬件和软件两部分构成。硬件部分包括信号调理电路，数据采集卡和PC机部分等，主要实现信号的采集，检测和数字化；软件是整个系统的关键，主要实现采样数据的实时显示，处理，存储，回放和传输等。系统结构图如图1所示。
图1 系统结构框图
2.1 系统硬件部分 （1）信号调理电路
医学生理信号是由生命体发出的不稳定连续信号。它的最大特点是信号幅度弱噪
声强。因此在数据采集卡对其进行数字化之前，必须经过适当的模拟电路放大和预处理，这需要用到信号调理电路，它具有放大，整形和滤波等功能，解决了对医学信号进行检测是遇到的信号微弱，工频干扰等难题。 （2）数据采集卡
虚拟仪器系统中主要的输入/输出设备是数据采集卡，数据采集卡作为仪器硬件系统的主要部分，是外界电信号进入PC机的桥梁。
2.2 系统软件部分
软件主要包括用户界面和功能程序设定两个部分。用户界面有Labwindowst/CVI中的控件及菜单组成，通过操作用户界面上的控件来启动，停止采样，控制采样速率大小，各通道波形的基线等；功能程序（数据采集，实时波形的显示，数据处理，数据存储和回放）用来完成系统各项测试功能。 (1)仪器软面板的设计 系统包括三个用户面板：
○1参数设置面板：不同的生理信号需要不
同的采样频率，根据输入的采样频率，到数据总线上读入数据。
○
2主面板包括：装载菜单，按钮和图形显示控件。
○3通道选择及增益面板：在采样的同时根
据需要选择，进行多通道实时显示信号波形，在实时显示的同时，允许用户对各通道
的基线（position），振幅，增益进行调节。 (2)功能程序
○
1数据采集 数据采集是通过“开始采集”按钮的回调函数Acquire实现的。另外，为了不丢失数据，实现连续采集，系统采用了数据采集卡
的双缓冲模式，当环形缓冲器中的数据准备好后，就将A/D转换结果传送至用户缓冲区，为了能在扫描时间控制下不断刷新显示屏，必须把绘图和时钟控件进行结合。
○
2数据处理 基于计算机的生物信号采集与处理系统常用的处理方法有：微分和积分，迭加平均和频谱分析等。
○
3数据的存储机回放 数据的存储是通过“开始保存”按钮实现的。数据采集过程中，如果需要在硬盘上保存数据，可以按下次按钮将采集数据保存到指定硬盘目录下的文件中，文件名为开始采集的时间。
查看以前保存的数据，可以打开“文件”菜单中的子菜单“打开”，实现数据的回放功能。
3 医用虚拟仪器的优点
（1）用户可自定义，而不是由厂商定义。用户可根据自己的需求，自己定义.使用户的测量和控制系统使用更加灵活，功能更强大，而且很容易同网络、外设及其它应用连接.
（2）虚拟仪器技术使用了图形编辑语言，采用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，为没有有编程经验的科技人员铺平了道路，只要会操作计算机，就可以设计、组建、研制和使用虚拟仪器系统。 （3）利用了计算机丰富的软、硬件资源，大大地突破了传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制.达到了传统仪器无法比拟的效果.
（4）性能价格比高，设备可以重复使用，任意组合，减少了开放费用和时间，降低了整个仪器系统的成本，并且可以随着计算机
软件、硬件的发展，不断地更新仪器系统. （5）医用虚拟仪器与传统的医学仪器相比，成本大大降低，一方面可以为医院节省一批宝贵的资金，另一方面可以为病人节省一些看病的费用，另外，可以对一些心脏病患者进行远程实时的观察，及时做出医疗指导。 （6）可以实现远程治疗，可以部分解决广大边远农村农民看病难，看病贵的问题。由于我国城乡差距仍存在，医疗资源分布不均，广大农村缺少医生，通过远程医疗可以是农村的病人足不出户就可以得到医生的医疗指导。同时还可以同医生进行在线或者离线的交流。
4. 虚拟仪器在医学应用中的应用实例
4.1脑电信号的获取
（1）用于精神病障碍的治疗
大脑是人类活动的控制中枢，人类所有行为都是由大脑发出的脑电信号（Electroencephalogram 缩写为EEG）控制周围神经及肌肉产生，1924年，法国学者首次用头皮电极记录到脑电波以来，人们便探讨用控制脑电的方法治疗神经性疾病。脑电生物反馈是一种用于解除心理和生理不适的一种全新的方法，它通过采集受试者的脑电信号并以某种方法显示出来，以训练受试者的有意识地控制自身脑电波模式，达到解除心理和生理不适的目的。研究者和医疗工作者们都致力于该项技术用于解除认的焦虑和紧张情绪，并用于治疗脑内伤，酗酒，精神障碍等疾病。
EEG生物反馈的研究者们认为，通过不断地训练，受试者们能够随意调节脑电波的节律的增加或减少，这种反馈医疗的目的就是
诱导出两种与神经放松相关的两种节律脑电波，并通过反复训练产生持久效应，使大脑形成一种“习惯”，自此以后，它就能不断地产生健康的脑电波模式。运用上述原理，用虚拟仪器技术制作的脑电生物反馈治疗仪，用来对精神病障碍患者进行治疗，为精神病障碍患者的治疗开辟了一条新途径，使精神病障碍患者从长期服药的痛苦中解脱出来，同时也避免了由于长期服药带来的负面效应，在一定程度上为精神病障碍患者节省了医药费用。 （2）分析人的睡眠过程
睡眠是一种复杂的生理过程，人类对睡眠本质的认识，得益于脑电图的开发和应用。人在清醒与睡眠状态具有不一样的脑电图波形，一个人的睡深度也可以从脑电图上反映出来，但由于睡眠脑电图的复杂性及对外界干扰过于敏感，人们对睡眠脑电图活动机理还没有一个整体宏观的认识。近来各种时频分析方法和非线性分析方法的引入使得睡眠脑电图的研究取得了一定的进展。但由 于各种时频分析方法本身的局限性，简单地用某种信号分析方法很难有效地进行睡眠脑电图分析，因此，可应用基于小波包变换和短时傅里叶变换的多分辨率时频分析方法实现了睡眠分阶的自分析。 4.2心电图的分析
心电图是临床上非常实用的一种无创伤检查手段，是记录心脏电活动简单而实用 的方法，也是心血管病科最常用的检测诊断技术。在美国和欧盟两地，每年用常规诊断和筛检目的的心电图检查超过 1亿次。经过大量的临床研究，心电图经成为心血管疾病诊断的重要方法，对许多病人，它能准确诊
断患者在解剖、代谢、电解质以及血流动力学等方面的异常。例如结合临床病理资料，它对心脏肥大、心肌梗塞及其梗塞部位具有决定性的诊断价值。对某些心脏疾病，如心肌、心包炎、药物中毒等引起心脏病变的疾病具有辅助诊断意义。而对某些心脏病，它是诊断的特异性指标。心电图的变化常常预示着心脏病变的发展变化，医也常常根据心电图的变化来调整治疗方案。对心律失常病人，心电图还是诊断金指标。
临床心电图数据信息管理系统是庞大医学信息库的重要组成部分，是医师在临床医疗工作中以患者或可能成为患者的人群为对象，以疾病的病因、诊断、治疗、预后等临床现象为内容的疾病认识过程的系统总结。这些总结是临床医学科研的信息来源，又为医学科研提供佐证。系统中收录患者的心电图数据信息及其相关病史、症状、体征客观地展现了特定疾病状态或不同疾病状态下的各种心电图特征和表现，通过这些表现:
①可以评估心电图在预测冠心病、高血压的发病、致残及碎死方面的能力;
②可以评估心电图在检测冠心病高危患者的价值;
③可以调查和评估心脏病患者心电图的性别差异;
④可以确定入选一级预防试验的非冠心病人群的心电图标准和入选二级预防的心 肌梗死患者的心电图标准;
⑤可以研究疾病自然病程中的心电图演变。等等。
另外，临床心电图数据信息系统中包含明确的临床诊断依据，可以此建立某些疾病
(如心肌梗塞、心力衰竭等)的心电图诊断标准或者探讨和评价心电图的某些参数指标的临床价值。同时研究人员也能真实地了解心电图检测技术对某种疾病的诊断所能提供的信息。
利用虚拟仪器制成的心电图采集系统可以利用计算机的巨大存储空间存储患者的病历，心电图及以前的治疗方案，以及各种临床症状的分类。
临床心电图数据信息管理系统是宝贵的医学财富，它的内容都从临床诊断活动及检验而来，依靠计算机的硬件存储设备将大量心电图及其相关信息作为资料。在临床心电图数据信息管理系统中长期保存并保持高清晰、无失真、动态显示，患者的各项信息尽可能完整地保存并被方便快捷的调用、查询，同时，其中多种多样的心电图特征和对应患者的相关临床病理资料在医疗中可同时发挥病历档案的作用，为日后病员复诊时面向医务人员、医疗管理人员和病人提供医疗信息服务，为其就医导向，使医务工作者能在面对一个患者的时候，从整体考虑，系统组织各个方面的协调运行，从而达到最佳的医疗水平。必要时对某些患者还可按预定计划定期将心电图录入信息管理系统，以便进行不同时期心电图的比较及调查心电图变化与临床病理资料的关系.
总之，临床心电图数据信息是客观存在的事物与医学科学一起构成的整体，它客观科学地描述某种疾病或不同疾病状态下的心电图特征和表现，特别是罕见病例及疑难病例的各项信息都是十分珍贵的信息资源。它的开发，有对医学科学的发展承上启下;对医学科学研究提供佐证;更能客观认识疾病
并对其有效防治;培养造就医学人才的作用。同时这也符合现代医学的一个新的发展趋势--循证医学的基本思想。
4.3 远程医疗
远程医疗是网络发展的产物，全世界的人，包括住在农村，偏远地区的人都希望能够获得及时的、高质量的医疗服务。但是，居住在农村和偏远地区的人却常常得不到正常的医疗服务，这主要是因为医疗专家及设施主要位于大城市。但是随着计算机和通信技术的发展，在病人和医疗提供者隔离的情况,仍然可以完成许多医疗行为。这种隔离可能是一个城镇、一个城市。广泛地说，远程医疗是电子医务数据,从一个地方到另一个地方的传输，这些数据包括高清晰度照片、声音、视频和病历。这种数据传输将利用许多通信技术包括普通的电话、ISDN部分或整个IT专线等。
此外，在经济快速发展的今天，人们越来越认识到健康的重要性，因此家用交互式医疗保健系统应运而生，加上PC机的普及和Internet网速和带宽的提高，人们更加向往和需要一种家用远程医疗保健系统：让人们在家中实现必要的健康检查，把体检信息网上的医生，方便地得到医生的诊断等服务。在我国，目前远程医疗尚处于起步阶段，其面向对象主要是一些疑难病患者，因医疗价格昂贵，民用较少，从而造成远程医疗普及度低，市场推广难，在一定程度上限制了远程医疗技术及其产业的发展。另一种应用越来越广泛的是双向交互的，面对面的可视化技术，即通过PC机，摄像和音频设备终端实现实时相互交流咨询会诊。
5 结论
将虚拟仪器应用于医学领域是医学发展史上的又一次突破，它与传统医学仪器相比有着无可比拟的优势，虚拟仪器组成的医学器件结构简单，但其性能却没有降低，原因是虚拟仪器可以利用计算机的大量硬件和软件资源进行数据的处理，存储和传输。通过对数据的存储可以建立个人健康状况数据库，任何人都可以对自己的健康状况了如指掌，同时可以把自己的健康状况通过网络传递医生，可以和医生进行远程交流，医师可以通过对个人资料全面地了解，给出正确的医疗指导。此外，对于一些疑难病症，各医院可以建立相应的数据库，有利于今后临床的应用，可以大大医疗的效果，让更多的病人早日恢复健康。
参考文献：
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[4] 王家庆 乔俊飞 王家法 互式远程医疗保健系统的设计与实现 计算机工程与应用 2005 34；
[5] 黄家富 陈海峰 张远林 基于虚拟仪器技术的脑电生物反馈治疗仪研制 医疗设备信息21卷9期；
[6].杨浩 蔡雄飞 家用心电图仪 电子测量技术 2004年第五期；
[7] 戚仕涛 汤黎明 吴敏 刘铁兵 虚拟心电采集系统设计 研究论著；
[8] 李喆 卢广文 莫莉 余学飞基于LabVIEW的虚拟心电记录系统研制 微计算机信息 2007年第23卷 第11期； [9]LabVIEW
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1995.42(1):21-28;
[11] 林君 谢宣松等著 《虚拟仪器原理及应用》 科学出版社；
[12] 余成波 冯丽辉 编著 《虚拟仪器技术与设计》 重庆大学出版社。
虚拟仪器在医学中的应用综述
摘要：本文介绍了虚拟仪器在医学应用方面的概况及虚拟仪器在医学领域应用的一般结构
和各组成部分的功能。在介绍虚拟仪器结构的基础上，本文对医用虚拟仪器和传统的医学仪器进行了比较，最后，本文分别介绍了虚拟仪器在医学方面的应用实例，如：脑电信号的提取，心电图的分析以及远程治疗的实现。
关键词：虚拟仪器 脑电信号 心电图 远程治疗
Application Of Virtual Instrument In Medicine Review
Abstract:This paper introduces an overview of virtual instruments in
the medical applications and the general structure of virtual instrumentation in the medical application and functions of the various components. Based on the introduction of the structure virtual instrument in this paper, we have compared virtual instruments with traditional medical medical apparatus Finally, this paper introduced the application of virtual instrument in the medical aspects, such as: extraction of EEG, ECG analysis, and achieve long-range treatment
Key words: Virtual Instruments ECG EEG remote treatment 1 引言
虚拟仪器指的是具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器:也就是在通用计算机上假上一组软件和域硬件，使得使用者在操作这台计算机时,就象是在操作一台他自己设计的专用传统电子仪器。它由通用个人计算机、模块化功能硬件和控制软件所成。操作人员通过友好的图形用户界面以及图形化编程语言来控制仪器的运行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储以及数据生成。
虚拟仪器是微电子技术、计算机软硬件技术、现代信号处理技术、虚拟现实技术等高新技术与测试技术、仪器技术密切结合共同孕育出的一项新成果。将虚拟仪器技术引入生物医,学仪器领域从而诞生了一个新兴
的仪器领域———生物医学虚拟仪器，而将网络的应用引入生物医疗仪器中组成虚拟生物医疗仪器系统。
生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。由于人体多种生物电信号和各种噪声的交织，以及测量系统本身的影响，使得信号的处理是复杂和困难的。应用计算机分析生物电信号，能有效降低信号处理的复杂性和困难度。特别是应用虚拟仪器技术分析生物医学信号，将使心脏功能检查、心电监护等变得灵活，高效。
基于虚拟仪器技术的生物医学仪器也开始得到发展，如美国的 GEMarquette Medical systems公司生产的动态心电图仪就是新一代虚拟化生物医学仪器，这种仪器
采用一个数据采集器对患者进行24小时心电信号监护与采集，然后采用Marquette分析软件进行心电分析和自动测量，具有快速检索、回放、人工修改、辅助分析等功能，并具有很强的辅助心电图诊断功能，目前已在国内一些大医院采用。如北京 301 医院，第三军医大学大坪医院，华西医科大学附属医院等。安捷伦公司也先后推出了两种类似于虚拟仪器技术的心电图分析系统:和惠普 zymedHolter
动态心电分析系统
(2010/1810)。惠普 M266lAPC心电图系统是一个具有 12 导联同步、实时心电图的仪器，具有强大的存储功能，可存储 10万份以上心电图波形及报告，能快速检索、回放、对比、自动测量，辅助分析，人工修改，重建心电向量辅助心电图诊断等功能。
2.医用虚拟仪器的一般结构
医用虚拟仪器的信号采集与处理系统由硬件和软件两部分构成。硬件部分包括信号调理电路，数据采集卡和PC机部分等，主要实现信号的采集，检测和数字化；软件是整个系统的关键，主要实现采样数据的实时显示，处理，存储，回放和传输等。系统结构图如图1所示。
图1 系统结构框图
2.1 系统硬件部分 （1）信号调理电路
医学生理信号是由生命体发出的不稳定连续信号。它的最大特点是信号幅度弱噪
声强。因此在数据采集卡对其进行数字化之前，必须经过适当的模拟电路放大和预处理，这需要用到信号调理电路，它具有放大，整形和滤波等功能，解决了对医学信号进行检测是遇到的信号微弱，工频干扰等难题。 （2）数据采集卡
虚拟仪器系统中主要的输入/输出设备是数据采集卡，数据采集卡作为仪器硬件系统的主要部分，是外界电信号进入PC机的桥梁。
2.2 系统软件部分
软件主要包括用户界面和功能程序设定两个部分。用户界面有Labwindowst/CVI中的控件及菜单组成，通过操作用户界面上的控件来启动，停止采样，控制采样速率大小，各通道波形的基线等；功能程序（数据采集，实时波形的显示，数据处理，数据存储和回放）用来完成系统各项测试功能。 (1)仪器软面板的设计 系统包括三个用户面板：
○1参数设置面板：不同的生理信号需要不
同的采样频率，根据输入的采样频率，到数据总线上读入数据。
○
2主面板包括：装载菜单，按钮和图形显示控件。
○3通道选择及增益面板：在采样的同时根
据需要选择，进行多通道实时显示信号波形，在实时显示的同时，允许用户对各通道
的基线（position），振幅，增益进行调节。 (2)功能程序
○
1数据采集 数据采集是通过“开始采集”按钮的回调函数Acquire实现的。另外，为了不丢失数据，实现连续采集，系统采用了数据采集卡
的双缓冲模式，当环形缓冲器中的数据准备好后，就将A/D转换结果传送至用户缓冲区，为了能在扫描时间控制下不断刷新显示屏，必须把绘图和时钟控件进行结合。
○
2数据处理 基于计算机的生物信号采集与处理系统常用的处理方法有：微分和积分，迭加平均和频谱分析等。
○
3数据的存储机回放 数据的存储是通过“开始保存”按钮实现的。数据采集过程中，如果需要在硬盘上保存数据，可以按下次按钮将采集数据保存到指定硬盘目录下的文件中，文件名为开始采集的时间。
查看以前保存的数据，可以打开“文件”菜单中的子菜单“打开”，实现数据的回放功能。
3 医用虚拟仪器的优点
（1）用户可自定义，而不是由厂商定义。用户可根据自己的需求，自己定义.使用户的测量和控制系统使用更加灵活，功能更强大，而且很容易同网络、外设及其它应用连接.
（2）虚拟仪器技术使用了图形编辑语言，采用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，为没有有编程经验的科技人员铺平了道路，只要会操作计算机，就可以设计、组建、研制和使用虚拟仪器系统。 （3）利用了计算机丰富的软、硬件资源，大大地突破了传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制.达到了传统仪器无法比拟的效果.
（4）性能价格比高，设备可以重复使用，任意组合，减少了开放费用和时间，降低了整个仪器系统的成本，并且可以随着计算机
软件、硬件的发展，不断地更新仪器系统. （5）医用虚拟仪器与传统的医学仪器相比，成本大大降低，一方面可以为医院节省一批宝贵的资金，另一方面可以为病人节省一些看病的费用，另外，可以对一些心脏病患者进行远程实时的观察，及时做出医疗指导。 （6）可以实现远程治疗，可以部分解决广大边远农村农民看病难，看病贵的问题。由于我国城乡差距仍存在，医疗资源分布不均，广大农村缺少医生，通过远程医疗可以是农村的病人足不出户就可以得到医生的医疗指导。同时还可以同医生进行在线或者离线的交流。
4. 虚拟仪器在医学应用中的应用实例
4.1脑电信号的获取
（1）用于精神病障碍的治疗
大脑是人类活动的控制中枢，人类所有行为都是由大脑发出的脑电信号（Electroencephalogram 缩写为EEG）控制周围神经及肌肉产生，1924年，法国学者首次用头皮电极记录到脑电波以来，人们便探讨用控制脑电的方法治疗神经性疾病。脑电生物反馈是一种用于解除心理和生理不适的一种全新的方法，它通过采集受试者的脑电信号并以某种方法显示出来，以训练受试者的有意识地控制自身脑电波模式，达到解除心理和生理不适的目的。研究者和医疗工作者们都致力于该项技术用于解除认的焦虑和紧张情绪，并用于治疗脑内伤，酗酒，精神障碍等疾病。
EEG生物反馈的研究者们认为，通过不断地训练，受试者们能够随意调节脑电波的节律的增加或减少，这种反馈医疗的目的就是
诱导出两种与神经放松相关的两种节律脑电波，并通过反复训练产生持久效应，使大脑形成一种“习惯”，自此以后，它就能不断地产生健康的脑电波模式。运用上述原理，用虚拟仪器技术制作的脑电生物反馈治疗仪，用来对精神病障碍患者进行治疗，为精神病障碍患者的治疗开辟了一条新途径，使精神病障碍患者从长期服药的痛苦中解脱出来，同时也避免了由于长期服药带来的负面效应，在一定程度上为精神病障碍患者节省了医药费用。 （2）分析人的睡眠过程
睡眠是一种复杂的生理过程，人类对睡眠本质的认识，得益于脑电图的开发和应用。人在清醒与睡眠状态具有不一样的脑电图波形，一个人的睡深度也可以从脑电图上反映出来，但由于睡眠脑电图的复杂性及对外界干扰过于敏感，人们对睡眠脑电图活动机理还没有一个整体宏观的认识。近来各种时频分析方法和非线性分析方法的引入使得睡眠脑电图的研究取得了一定的进展。但由 于各种时频分析方法本身的局限性，简单地用某种信号分析方法很难有效地进行睡眠脑电图分析，因此，可应用基于小波包变换和短时傅里叶变换的多分辨率时频分析方法实现了睡眠分阶的自分析。 4.2心电图的分析
心电图是临床上非常实用的一种无创伤检查手段，是记录心脏电活动简单而实用 的方法，也是心血管病科最常用的检测诊断技术。在美国和欧盟两地，每年用常规诊断和筛检目的的心电图检查超过 1亿次。经过大量的临床研究，心电图经成为心血管疾病诊断的重要方法，对许多病人，它能准确诊
断患者在解剖、代谢、电解质以及血流动力学等方面的异常。例如结合临床病理资料，它对心脏肥大、心肌梗塞及其梗塞部位具有决定性的诊断价值。对某些心脏疾病，如心肌、心包炎、药物中毒等引起心脏病变的疾病具有辅助诊断意义。而对某些心脏病，它是诊断的特异性指标。心电图的变化常常预示着心脏病变的发展变化，医也常常根据心电图的变化来调整治疗方案。对心律失常病人，心电图还是诊断金指标。
临床心电图数据信息管理系统是庞大医学信息库的重要组成部分，是医师在临床医疗工作中以患者或可能成为患者的人群为对象，以疾病的病因、诊断、治疗、预后等临床现象为内容的疾病认识过程的系统总结。这些总结是临床医学科研的信息来源，又为医学科研提供佐证。系统中收录患者的心电图数据信息及其相关病史、症状、体征客观地展现了特定疾病状态或不同疾病状态下的各种心电图特征和表现，通过这些表现:
①可以评估心电图在预测冠心病、高血压的发病、致残及碎死方面的能力;
②可以评估心电图在检测冠心病高危患者的价值;
③可以调查和评估心脏病患者心电图的性别差异;
④可以确定入选一级预防试验的非冠心病人群的心电图标准和入选二级预防的心 肌梗死患者的心电图标准;
⑤可以研究疾病自然病程中的心电图演变。等等。
另外，临床心电图数据信息系统中包含明确的临床诊断依据，可以此建立某些疾病
(如心肌梗塞、心力衰竭等)的心电图诊断标准或者探讨和评价心电图的某些参数指标的临床价值。同时研究人员也能真实地了解心电图检测技术对某种疾病的诊断所能提供的信息。
利用虚拟仪器制成的心电图采集系统可以利用计算机的巨大存储空间存储患者的病历，心电图及以前的治疗方案，以及各种临床症状的分类。
临床心电图数据信息管理系统是宝贵的医学财富，它的内容都从临床诊断活动及检验而来，依靠计算机的硬件存储设备将大量心电图及其相关信息作为资料。在临床心电图数据信息管理系统中长期保存并保持高清晰、无失真、动态显示，患者的各项信息尽可能完整地保存并被方便快捷的调用、查询，同时，其中多种多样的心电图特征和对应患者的相关临床病理资料在医疗中可同时发挥病历档案的作用，为日后病员复诊时面向医务人员、医疗管理人员和病人提供医疗信息服务，为其就医导向，使医务工作者能在面对一个患者的时候，从整体考虑，系统组织各个方面的协调运行，从而达到最佳的医疗水平。必要时对某些患者还可按预定计划定期将心电图录入信息管理系统，以便进行不同时期心电图的比较及调查心电图变化与临床病理资料的关系.
总之，临床心电图数据信息是客观存在的事物与医学科学一起构成的整体，它客观科学地描述某种疾病或不同疾病状态下的心电图特征和表现，特别是罕见病例及疑难病例的各项信息都是十分珍贵的信息资源。它的开发，有对医学科学的发展承上启下;对医学科学研究提供佐证;更能客观认识疾病
并对其有效防治;培养造就医学人才的作用。同时这也符合现代医学的一个新的发展趋势--循证医学的基本思想。
4.3 远程医疗
远程医疗是网络发展的产物，全世界的人，包括住在农村，偏远地区的人都希望能够获得及时的、高质量的医疗服务。但是，居住在农村和偏远地区的人却常常得不到正常的医疗服务，这主要是因为医疗专家及设施主要位于大城市。但是随着计算机和通信技术的发展，在病人和医疗提供者隔离的情况,仍然可以完成许多医疗行为。这种隔离可能是一个城镇、一个城市。广泛地说，远程医疗是电子医务数据,从一个地方到另一个地方的传输，这些数据包括高清晰度照片、声音、视频和病历。这种数据传输将利用许多通信技术包括普通的电话、ISDN部分或整个IT专线等。
此外，在经济快速发展的今天，人们越来越认识到健康的重要性，因此家用交互式医疗保健系统应运而生，加上PC机的普及和Internet网速和带宽的提高，人们更加向往和需要一种家用远程医疗保健系统：让人们在家中实现必要的健康检查，把体检信息网上的医生，方便地得到医生的诊断等服务。在我国，目前远程医疗尚处于起步阶段，其面向对象主要是一些疑难病患者，因医疗价格昂贵，民用较少，从而造成远程医疗普及度低，市场推广难，在一定程度上限制了远程医疗技术及其产业的发展。另一种应用越来越广泛的是双向交互的，面对面的可视化技术，即通过PC机，摄像和音频设备终端实现实时相互交流咨询会诊。
5 结论
将虚拟仪器应用于医学领域是医学发展史上的又一次突破，它与传统医学仪器相比有着无可比拟的优势，虚拟仪器组成的医学器件结构简单，但其性能却没有降低，原因是虚拟仪器可以利用计算机的大量硬件和软件资源进行数据的处理，存储和传输。通过对数据的存储可以建立个人健康状况数据库，任何人都可以对自己的健康状况了如指掌，同时可以把自己的健康状况通过网络传递医生，可以和医生进行远程交流，医师可以通过对个人资料全面地了解，给出正确的医疗指导。此外，对于一些疑难病症，各医院可以建立相应的数据库，有利于今后临床的应用，可以大大医疗的效果，让更多的病人早日恢复健康。
参考文献：
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