高采样Holter系统心电数据记录与传输技术

　　近年来,动态心电图系统(Holter)在临床中得到了广泛应用.随着存储器技术和医学数字信号处理技术的飞速发展,数字连续记录式Holter系统逐步取代传统的磁带式已成为主流产品,记录导联数也从2~3导联向12导联乃至18导联发展.随着起搏技术的发展和心脏起搏器的大量使用,以高采样率和高精度A/D技术为基础的起搏心电图分析和心室晚电位分析成为Holter技术的研究热点[1].Holter系统的心电图记录器是连续24 h记录患者的心电图(ECG),它在Holter中占有重要地位,其性能直接决定Holter的整体性能.

　　用于心律失常分析的常规Holter采样率一般在250 Hz以下,由于起搏脉冲和心室晚电位信息包含100 Hz以上的频率成分,只有选择1 000 Hz以上的采样率才能完整记录.由于24 h12导联心电图记录容量将高达1 GB,所以必须进行高效的数据压缩[2,3].文献[4]给出了一种2+1的起搏心电图记录方案,由于数据采样率仍为250 Hz,从而记录的起搏波形会出现严重失真.

　　目前,通用的数据记录与传输方案是以闪存为记录介质的通用串行总线(USB)传输技术,分外置(插卡)式和内置式两种.外置式是以专业公司生产的闪光卡为记录介质,每次通过拔插卡进行记录和回放,使用较为方便,数据回放通过专用的读卡器,不需复杂的USB编程.其缺点是由于在使用过程中频繁拔插,容易出现接触不良等故障.内置式是把数据采集、数据记录、USB数据传输集成到一体,克服了其他方式的缺点,是最理想的记录方式[5-7].

　　1　ECG记录器结构组成

　　数字化心电信号记录器用于ECG数据的长时间记录与快速传输,它以TI公司的高性能TMS320VC5410DSP和MSP430F149等为核心,利用基于整-整小波变换的数据压缩技术对心电信号进行高效的压缩处理,存入超大容量闪存中,并通过USB控制接口传送到系统主机.记录器由模拟部分和数字系统部分组成,其框图如图1所示.

　　模拟部分是一组具有高共模抑制比和高增益的程控生理信号放大器和相应的带通滤波电路.数字部分采用双CPU方案,DSP完成心电信号数据采样、数字滤波、数据压缩和编码存储以及数据传输等工作,MSP430F149主要用于系统的控制功能,两个CPU之间通过高速串行通讯实现协调工作.心电数据的存储介质是超大容量闪存K9K1G08U0M,其容量为128 MB×8 bit,共有8 192个16 kB的块组成,每个块包含32个512 B的页,擦除、读、写操作的典型工作电流为10 mA,备用状态电流为10μA.所有的控制命令、存储地址和数据均通过8根通用I/O线与DSP外部控制器连接,从而可保证选用更大容量存储器进行系统升级时的系统兼容性.

　　USP控制器选用的是Philips PDIUSBD12,它完全遵从USB1·1标准,3·3 V的电源电压特别适合电池供电设备使用.它提供了6个端点,可实现USB协议规定的控制传输、块传输、中断传输和同步传输4种数据传输方式.