基于USB-6009的多通道ECG数据采集系统设计

　　0　引　　言

　　USB-6009是美国国家仪器有限公司(NationalInstruments,简称NI)[1]推出的一款即插即用的高精度数据采集设 备。对于受预算限制的测量应用来说,低价位的USB多功能数据采集设备是最佳选择,它们使用简单,性能卓越。心脏机械性收缩之前,心肌先发生电激动,心肌 的电激动传布全身,在身体不同部位的表面发生电位差,通过心电图机把不断变化的电位连续描记成的曲线,即心电图(electrocardiogram), 简称ECG。它在心血管疾病的诊断中具有非常重要的意义,比如心律失常的诊断、心房和心室肥大的诊断、冠状A疾患诊断、心肌疾病的诊断等[2]。 LabVIEW ( Laboratory Virtual InstrumentEngineering Work bench,实验室虚拟仪器工程平台)是由美国N I公司(National Instruments,国家仪器公司)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具,在实验测量、工业自动化和数据分析领域有着重要作用。 它是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具[3]。本文重点研究了在LabVIEW平台上,如何采用数据采集卡USB- 6009对心电信号进行采集以及存储的问题。

　　1　USB-6009介绍

　　NI公司的USB-6009多功能数据采集卡具有8路模拟输入通道,14位的分辨率以及48 kS/s采样速率。同时它还有12条数字I/O线,2路模拟输出,1个计数器。它是即插即用的USB设备,便于安装和快速设置。NI USB-6009具有基本的数据采集功能,适于如简单的数据记录、便携式测量和院校的实验室试验等应用。该产品价位低,适于学生购买,而其功能强大,足以 用于更为复杂的测量应用。如需自定义测量应用程序,可使用LabVIEW、C或Visual Studio以及包括驱动软件在内的用于Windows的NI-DAQmx为USB-6009编程。Mac OS X和Linux用户可下载NI-DAQmx Base驱动软件并使用LabVIEW或C为USB-6009编程。本设计中采用USB-6009的模拟输入通道,其模拟信号输入电路如图1所示。

　　由于NI USB-6009数据采集卡内部只有一个A/D转换器,所以多路选择开关MUX对输入的多路模拟信号进行选择时,一个时刻只能选择一路模拟信号送入 ADC。当系统配置为差模输入时,程控放大器PGA可提供1,2,4,5,8,10和16的增益;当系统配置为共模输入时,增益为1。PGA的增益是在应 用程序进行电压范围选择时自动计算的。A/D转换器是把输入模拟量转换为数字量的器件,也是数据采集卡硬件的核心。由于NI USB-6009数据采集卡在固定的或具有很大采样率的A/D下进行工作,先进先出数据暂存器AI FIFO按先进先出原则对数据进行存储,以确保数据不丢失。

　　2　心电导联的相关知识

　　心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着生物电的变化,通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形(简称 ECG)。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。目前在临床检查心电图时,单极和双极导联都在使用。常规使用的心电图导联方法有12种。本 设计中采用3个标准导联。它属于双极导联,只能描记两电极间的电位差。电极连接方法是:第一导联(简称Ⅰ),右臂(-),左臂(+);第二导联(简称 Ⅱ),右臂(-),左足(+);第三导联(简称III),左臂(-),左足(+)[4]。标准三导联示意图如图2所示。