基于USB的心电采集系统

基于USB的心电采集系统J.Mihel,R.Magjarevic萨格勒布大学，法律系电气工程和计算机，萨格勒布，克罗地亚【摘要】采集的心电图数据在深切治疗部的病人（重症监护病房）是手术后的一个重要组成部分心脏疾病的检测和康复的监测，因此它是一种标准的生理功能的重症监护室监测和监测系统。最近，一些作者介绍了连续心电图监测和程序化到心脏疾病的预测研究。这种研究，要进行许多议题上，尽可能以获得足够大的数据量，而即时通讯，构成了必须同时从多个数据采集患者。目前的设备在一个典型的伊斯兰法院联盟的目的不是要满足这些要求，而且通常不能轻易连接到一个标准的计算机用于信号数据记录。这个项目的目的是设计和开发一个简单的心电信号采集系统组成的一个单一的录音及存储设备（个人电脑）和足够数量的前置心电图放大器同时连接到录音设备在一台公共汽车。我们选择USB接口的互连系统，因为它的速度，可靠性和供电和即插即用功能。USB是广为传播，每一个现代的计算机有多个USB接口用于连接外围设备，因此，它履行的要求，我们的项目。为了使完全控制录音设备放大器接口我们开发自定义的USB驱动程序用于MicrosoftWindowsXP操作系统。该系统是评价8放大器工作同时，也没有发现数据丢失。关键词心电信号采集，重症监护室（重症监护病房），USB接口，连续监测I引言在一个标准的重症监护病房（重症监护病房）患者连接到重症监护病房生理监测，测量一些生理参数，特别是重要的一个特定病人。此外，还有一种可能性是设置值的生理参数，报警如果其中任何一个参数的预设值跨越。通常情况下，连续记录生理参数测量开始只有在案件的报警和记录只持续一段有限的时期。重症监护病房显示器并不打算长期，持续的生理参数记录这可能是一个缺陷的研究和一些临床研究。在大医院手术不同部门有自己的加护病房。虽然这些单位更适合收集病人数据（生理参数测量），但它仍然有时很难收集足够的数据，为临床研究的一个特定的疾病。我们已经开始了一个研究项目旨在寻找参数心电图，可预测心房颤动冠状动脉旁路移植术（CABG）。在一些研究中，不同的作家，试图找到可靠的预测从病人的心电图，尤其是通过研究P波及其与其他心电图部分[1]。在这些研究的作者通常是比较参数之前和之后的手术，而他们使用先进的医疗仪器（12导联心电图，向量心电图）录音时间很短的心电图。其中一个最常用的（测量或计算）参数，这些研究是P波持续时间。由于P波时间参数采用不同的测量方法和在不同时期的标准，它有很大差别的研究，以研究（如114ms[2]，140ms[3]）。尽管一些研究已经相对较高的统计敏感性（73％[4]中，77％[3]，83％[2]），但他们并没有因此在接受临床程序心房颤动预测。我们已决定采取另一种做法是自动对焦的研究后，冠状动脉搭桥术。相反的记录样本（短片）的心电图在不同时间有先进的仪器心理状态是不适合连续记录心电图，我们已决定继续记录心电图，从标准的二心电图导致的头48小时后，手术和寻找预测在这段时间内。然而，这些48小时内被分为较短的时间（一小时），我们必须衡量或计算超过80心电图有关参数的研究[5]。这些参数进行统计分析后确定统计学参数，我们必须利用他们建立预测模型[6]。本文介绍了设计一个USB心电信号采集系统的基础，我们已经制定了本研究的目的。我们系统的目的是用来在一个重症监护病房，使收购渠道单一的心电图从几个病人同时和所有数据从这些病人的心电图记录在个人电脑上。该设备简单，小型和它连接的病人和重症监护病房监测电缆，而使用标准的USB电缆连接设备与笔记本电脑或台式机。II材料与方法我们的采集系统由三个主要部门：•取心电放大器-用于模拟信号采集和A/D转换。任意数量放大器可工作在同一时间在系统中。•PC主机-用于记录数据收到前置放大器。打算只在系统中，即每加护病房。•USB接口-用来连接电脑主机和前置放大器和传输数据的放大器的PC主机。制度的目的是连接数名病人在加护病房的标准，以一台PC主机位于在重症监护室本身。标准工作秩序的制度是有一个小放大器，每个病人每个连接到USB集线器是连接到PC主机作为数据记录装置。所有放大器，均须从USB独立，因此不需要额外的电源是必要的（这减少了需要额外的布线在重症监护病房）。系统概述给出给出了图1：前置放大器用于信号采集作为一个单一的通道心电图放大器使用三个标准心电图线索作为输入。输入信号采样与500赫兹的采样频率和16位分辨率。我们预期的可能性，设定4个不同增益值（200，500，1000和2000年），从而能够更好地有效的A/D转换分辨率。可编程增益的自动调整大小的输入信号的水平。如果在叠加了大量文物的心电信号增益变化较小的值，以防止放大器饱和。以下A/D转换器采样数据转移到一个微控制器在串行总线（SPITM总线），并发出了进一步的USB的PC主机。USB通信协议实施Microchip的微控制器，我们PIC18F/LF4550选择的遵守其USB2.0，全速USB传输的支持，嵌入式USB串行接口引擎（女士），能够方便的USB通信和一个片上USB收发器和3.3V的稳压器。前置放大器的目的是要得到心电信号从一个标准的正引脚心电图连接器。输入心电信号进一步转移到一支M-引脚连接器标准心电图（男≥n）的连接到一个标准的重症监护室病人监测用于监测。三个标准的心电图导致连接到输入的采集和A/D转换器的硬件，并进一步扩大，取样，因此转移到PC主机的USB接口。设计前置心电图放大器可描绘的简化框图如图所示2：数据是从微控制器到PC主机使用一个USB输入中断端点（端点1）和形成的倍数3字节数据包。每一个3字节数据包包含了2字节（16位）采样信号值和1个字节代表美国PGA增益的时候，采样。中断的数据传输被选为其可靠和及时提供数据。中断间隔后被推选为2毫秒，以确保采样数据将被移交尽快没有明显延迟（因为采样频率是500赫兹）。随着执行所需的USB控制转移使用端点0（响应标准的USB安装要求），一个自定义的要求实施发起放大器的校准过程。通用串行总线固件上实施PIC18F/LF4550微控制器开发得兼容的USB2.0规格要求[7]（第9章-“USB设备框架”）。USB接口的数据传输工作在全速（12兆位/秒），并鉴于皮卡放大器消耗高达七零毫安每一个完全由USB供电的独立，并不需要额外的电源。自定义Windows驱动程序开发使用微软内核模式驱动程序框架（KMDF）和它们符合微软的即插即用和电源管理的要求。驱动器兼容，并进行了评价在Windows2000和WindowsXP操作系统，并且将得到进一步的评估，符合WindowsVista操作系统。使用简单的Win32API调用Windows应用程序可以列举所有放大器插入系统，数据检索每个其中之一。双缓冲-缓冲对微控制器和WindowsUSB驱动程序可确保有足够数量的回升心电放大器可以连接到系统中，同时没有任何数据丢失的车。双缓冲是必要的保证，即使是缓慢的Windows应用程序的PC主机可以适当和及时获取数据从一个理想的放大器连接到该系统。数据缓冲区的皮卡放大器是将63个字节（最大USB数据包大小为全速中断转让64字节），使缓冲的3月21日字节的数据包和缓冲区的设备驱动程序被设置为4095字节（1365年3字节数据包）。PC主机，以皮卡放大器通信可以说是简化框图如图所示3:III结果系统评价了8个放大器同时连接到一个PC主机。为施行本评价一个简单的Win32应用程序开发。此应用程序，负责统计和鉴定所有拿起放大器连接到一个USB集线器，并记录收到的数据从每个放大器在一个单独的文件。所有放大器连接到PC主机进行了适当确定通过其序号和访问的应用程序。评价了持续48小时，没有发现数据丢失任何八个放大器。为宗旨的冠状动脉搭桥术，我们制定了若干项目皮卡心电图放大器，用于重症监护部的心脏外科的临床医疗中心在萨格勒布。放大器建造用于收购的二。标准心电图领先，但可以很容易地修改，以接受任何其他两个线索作为输入。使用标准的心电图对我们设备的连接器不间断工作，并有利于的标准程序，并在重症监护病房接受高的医务人员。每个拾音器放大器嵌入到一个强有力住房西服可以用于重症监护病房。图4显示皮卡心电图放大器用于临床医疗中心在萨格勒布。为目的的评估质量的信号采集和处理的皮卡放大器，我们设计了一个简单的视窗应用程序称为ECGView，使监督收到数据在屏幕上的电脑主机。应用的目的是使用微软的。NET框架2.0，C＃中中2.0的DirectX编程语言和软件开发工具包。我们评估了接收信号，并发现它满足为目的的监测和数据采集。进一步的噪声过滤（如果需要的话）是要在一个应用程序，处理收到的数据和提取信息的记录信号。IV结论我们已经制定了一个简单的心电信号采集系统为连续记录病人的心电图在深切治疗病房。实施这一制度在部心脏外科的临床医疗中心在萨格勒布研究心房颤动预测冠状动脉旁路移植术后。该系统可以实现在任何其他的研究应用，需要长期持续的单通道心电信号记录和其在网上处理个人计算机。我们的系统很容易实施的加护病房，但并不影响其正常的工作流程。使用USB和定制的设备驱动程序可以方便地连接的皮卡放大器到PC主机运行Windows操作系统。致谢这项研究得到了科技部，教育部和体育克罗地亚共和国没有根据赠款。036-0362979-1554。参考资料[1]ClavierL,BoucherJM,LepageR,BlancJJ,CornilyJC。自动P波分析患者容易发生房颤。医药生物工程和计算机。2001。40：63-71[2]BuxtonAE,JosephsonME。P波时限作为预测术后房性心律失常。公益金。2001。80：68-73[3]SteinbergJS,ZelenkofskeS,WongSC,GelerntM,SciaccaR,MenchavezE。P波信号平均心电图预测心房颤动的心脏手术后的价值。Europace2（1）:32-41[4]StaffordPJ,KolvekarS,CooperJ,FothergillJ,SchlindweinF,deBonoDP,SpytTJ,GarrattCJ。信号平均P波与标准心电图或超声心动图预测心房颤动后冠状动脉旁路移植术。1997。心77：417-422[5]SoviljS,RajsmanG,MagjarevicR。连续多参数监测中的P波参数后，利用小波检测冠状动脉搭桥术。2005。计算机心脏病。32:945-8[6]SoviljS,RajsmanG,MagjarevicR。多参数预测模型心房颤动后冠状动脉搭桥术。2006。计算机心脏病。33:489-92[7]通用串行总线规范修订版2.0（2000）