CN109171701A - 提高心电采集系统频率响应的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高心电采集系统频率响应的方法及装置，所述提高心电采集系统频率响应的方法包括：采集心电信号数据；对所述心电信号数据进行压缩处理；采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。本技术方案可将采集的心电信号数据进行压缩处理，然后采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形，这样可以改善心电采集系统的频率响应。

Description

提高心电采集系统频率响应的方法及装置

技术领域

本发明涉及存储器装置，特别涉及一种提高心电采集系统频率响应的方法及装置。

背景技术

目前带数据传输功能的心电信号采集系统主要采用两种通信方式，即有线和无线的方式。有线通信方式对于家庭医疗和远程监护使用起来非常不便。由于蓝牙数据通信方式非常便携，而且可以连接多台设备，因此大多数心电信号采集系统采用蓝牙数据通信方式与智能移动设备进行通信，使用户可以及时地获知心电信号数据。

但是对于一些智能移动设备，如采用了苹果应用系统的智能移动设备(以下简称苹果设备)，并未开放与外部蓝牙设备采用蓝牙串口(SPP)协议通信的权限，而仅开放苹果设备与外部蓝牙设备的低功耗数据透传通信模式，但其通信速率受到严重制约。例如，正常情况下，为了满足心电采集系统频率响应，较好地再现心电图，至少需要达到8KB/s的可靠通信速度，即12导联心电采集系统达到每通道500Hz的采样频率。但是苹果设备在采用蓝牙数据通信方式下，最高通信速度只能达到3KB/s左右，这使得12导联8通道心电采集系统只能达到180Hz左右的采样速度，远不能满足多导联心电数据采集的需要。

发明内容

本发明提供提高心电采集系统频率响应的方法及装置，以为解决背景技术中的一个或多个技术问题提供一种有益的选择。

作为本发明的一个方面，本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的方法，包括：

采集心电信号数据；

对所述心电信号数据进行压缩处理；

采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

结合第一方面，本发明实施例第一方面的第一实施方式中，对所述心电信号数据进行压缩处理包括：

根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

结合第一方面，本发明实施例第一方面的第二实施方式中，其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

第二方面，本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的方法，包括：

接收心电信号采集系统发送的心电信号数据；

对所述心电信号数据进行解压缩处理；

对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

结合第二方面，本发明实施第二方面的第一实施方式中，对所述心电信号数据进行解压缩处理包括：

根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

结合第二方面，本发明实施第二方面的第二实施方式中，对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示，包括：

对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；

对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；

显示采样频率倍增处理后的心电信号。

第三方面，本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的装置，包括：

采集模块，配置为采集心电信号数据；

压缩模块，配置为对所述心电信号数据进行压缩处理；

发送模块，配置为采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

结合第三方面，本发明实施例的第一实施方式中，所述压缩模块包括：

压缩子模块，配置为根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

结合第三方面，本发明实施例的第二实施方式中，其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

第四方面，本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的装置，包括：

接收模块，配置为接收心电信号采集系统发送的心电信号数据；

解压缩模块，配置为对所述心电信号数据进行解压缩处理；

采样频率倍增模块，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

结合第四方面，本发明实施例的第一实施方式中，所述解压缩模块包括：

解压缩子模块，配置为根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

结合第四方面，本发明实施例的第二实施方式中，采样频率倍增模块包括：

插值处理模块，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；

采样频率倍增子模块，配置为对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；

显示子模块，配置为显示采样频率倍增处理后的心电信号。

本发明采用上述技术方案，具有如下优点：本技术方案可将采集的心电信号数据进行压缩处理，然后采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形，这样可以改善心电采集系统的频率响应。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例一的提高心电采集系统频率响应的方法的流程图；

图2为本发明实施例二的提高心电采集系统频率响应的方法的流程图；

图3为本发明实施例二的提高心电采集系统频率响应的方法的心电采集系统和智能移动设备的连接示意图；

图4为本发明实施例二的经过采样频率倍增的心电信号数据的频率响应示意图；

图5为本发明实施例三的提高心电采集系统频率响应的装置的示意图；

图6为本发明实施例四的提高心电采集系统频率响应的装置的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

实施例一

本发明实施例一提供一种提高心电采集系统频率响应的方法。如图1所示，为本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的方法的流程图。本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的方法包括：

S101，采集心电信号数据。

在心电数据采集系统中，基于SPP协议的蓝牙技术在数据传输时，可以具有较高的传输速率。但是很多智能移动设备，例如基于苹果系统的移动设备，并未开放基于SPP协议的蓝牙通信方式，而仅开放了基于低功耗数据透传技术的蓝牙通信方式，这使得与其他设备的通信速率大大降低。这样，对于常用的12导联8通道心电采集系统只能达到3KB/s的通信速率，以及180Hz左右的频率进行采样，这远远不能满足多导联心电数据采集的需要。一般来说，在正常情况下，为了能较好地再现心电图，至少需要达到8KB/s的通信速率，以及500Hz每通道的采样频率。

在具体实施时，例如，可以在12位数模转换条件下，以及5μV电压分辨率的条件下以第一预设频率，例如以300z的频率对心搏信号进行采集，以获得心电信号数据。

S102，对所述心电信号数据进行压缩处理。

其中，S102包括：根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

本发明实施例的压缩方法利用心电信号的特点，即在心搏激动的静息期，信号幅度变化缓慢，可将A/D采样的双字节存储的数据变为单子节存储(在无法转换的情况下，仍按两个字节的原始信号进行传输)，从而减小数据传输量，实现在较低的通信速度下提高数据采样率。

下面以一组采样数据序列x[i](i＝0,1,2,...n-1)为例阐述算法要点，在具体实施时，可以扩展为多通道的情形。本发明实施例的按照预设的压缩方法进行压缩的过程如下：

例如，当心电电压为0.6V，此时采样数据为0x78，以此数据作为分界点。换句话说，若相邻两个心电信号数据所表示的心电电压差值低于0.6V，则该心电信号数据以单字节表示，否则，以双字节表示。举例如下：

首先设z＝0x78，相邻两个采样点的心电信号数据为x0,x1,待发送的两相邻字节为b和b1。

若x1-x0＜z则发送一个字节b＝z+(x1-x0)；

否则，发送两个字节b和b1；其中，b＝(x1＞＞8)&0xF0，b1＝x1&0xFF。

其中，以上各数据均以16进制表示。

在具体实施时，每收到预设长度的数据就执行一次以上压缩方法。这样可以实现实时压缩。以下介绍的解压缩过程也是如此。

S103，采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

心电信号是人体心脏有节律地搏动而在体表形成的有规律的电生理脉动信号，而在每两个脉动信号之间，为心脏静息期，表现为缓慢变化的信号。本发明实例利用心电信号的特征，实现了一种简单的心电差分数据压缩算法。在具体实施时，根据CSE心电数据库MO-1数据集中125例数据验证，压缩率可达57％以下。对采样频率要求较高的，如8通道12导联心电采集系统，其采样频率可以从180Hz/通道提高到300Hz/通道左右。

本技术方案可将采集的心电信号数据进行压缩处理，然后采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形，这样可以改善心电采集系统的频率响应。

实施例二

本发明实施例一提供一种提高心电采集系统频率响应的方法。如图2所示，为本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的方法的流程图。本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的方法包括：

S201，接收心电信号采集系统发送的心电信号数据。

S202，对所述心电信号数据进行解压缩处理。

其中，S202包括：根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

由于心电信号采集系统发送的心电信号数据为经过压缩的数据，因此在接收端，例如智能移动设备，首先对接收到的数据进行解压缩。仍以一组采样数据序列x[i](i＝0,1,2,...n-1)为例，介绍根据预设解压缩方法对心电信号数据进行解压缩的过程，如下：

设z＝0x78，接收方收到的相邻两个字节为b和b1。

若b&0xF0＝0xF0，则可从b,b1解析出数据：x＝((b0＜＜8)&0x0F)|b1；

否则，可从单独从b中解析出一个数据：x＝b-0x78。

令b＝b1，再设下一个字节为b1；

然后重复以上步骤直至数据结束。

其中，以上各数据均以16进制表示。

S203，对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

其中，S203包括：A，对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；B，对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；C，显示采样频率倍增处理后的心电信号。

下面以三次样条插值处理为例，介绍插值过程。首先，设所接收的电心信号数据为数据序列y_i＝y(x_i),i＝0,...,n-1，在[x_j,x_j+1]区间的三次样条插值公式为：

y＝Ay_j+By_j+1+Cy″_j+Dy″_j+1 (1)。

其中，A,B,C,D为待定系数，y″_j为y在j点的二阶导数：

三次样条函数具有一阶导数平滑二阶导数连续的特点。求得其一阶导数和二阶导数分别为：

在区间[x_j-1,x_j]和[x_j,x_j+1]上，分别对x＝x_j求得的一阶导，且二者数值相等，因此有：

其中，j＝1,...,n-2。

这里有n-2个方程，n个未知数，需要增加边界条件才能求解。

令y″₀＝y″_n-1＝0，可得自然三次样条函数剩余n-2个未知数。

考虑到心电是等间隔采样，采样频率倍增需要每个采样点插值1个点，因此可令：

x_j+1-x_j＝x_j-x_j-1＝2,。

上式可简化为：

在心电采集实时插值计算中，取4个采样点进行插值运算，式(5)变成以下方程：

其中有4个未知数，需增加2个边界条件才能求解。

对方程(6)的求解步骤如下：

①有4个采样点y₀,y₁,y₂,y₃即可进行插值运算。取边界条件y″₀＝a＝0,y″₃＝b＝0,解方程组(6)求得:

②在区间[x_j,x_j+1]，j＝1上的插值点为x且x_j+1-x＝x-x_j＝1，按式(1)计算插值

③输出插值y与y₂。

④设新的采样数据为y_t，令：y₀＝y₁,y₁＝y₂,y₂＝y₃,y₃＝y_t，且令边界条件：y″₀＝y″₁＝a,y″₃＝b＝0，解方程组(6)求得：

⑤重复步骤②，直至采样结束。

本发明实施例在进行实时插值处理后，从步骤③可以看到，每一个采样数据，将输出插值后的两个数据。

然后将插值处理后的数据以第二预设频率，例如600Hz的频率进行重新采样。第二预设频率可以为第一预设频率的倍数，从而实现采样频率倍增处理。

值得注意的是，在实施例一中涉及的第一预设频率是由心电采集系统进行采集的，由于通信方式的限制，在心电采集系统的采样频率较低。当采集的心电信号数据将压缩后的心电信号数据通过低功耗蓝牙通信方式传输到智能移动设备时，智能移动设备对心电信号数据进行解压缩处理，然后对解压缩后的心电信号数据进行插值处理，然后对插值处理后的心电信号数据以第二预设频率进行采样频率倍增，这时的采样频率倍增处理是由软件模拟采样完成的，这样减少通信方式对采样频率的限制。

如图3所示，为心电采集系统和智能移动设备的连接示意图。心电采集设备可首先对心搏信号进行数据采样，将采集的心电信号数据进行压缩，并通过低功耗蓝牙通信方式将压缩后的心电信号数据传输至智能移动设备端。智能移动设备，例如基于苹果系统的移动设备对接收到的心电信号数据进行解压缩，然后进行插值处理，然后采样频率倍增处理。例如，对解压缩后的心电信号数据进行三次样条插值处理，然后进行采样频率倍增处理，然后得以显示心电图。并在心电图无法正常显示的情况下，对心电信号数据进行分析诊断。

如图4所示，为经过采样频率倍增的心电信号数据的频率响应示意图。为较为直观地看到频率响应的改善效果，图4以75Hz正弦波来表示。其中(a)为以300Hz的采样频率时的频率响应示意图，(b)为以600Hz的采样频率获得的频率响应示意图，(c)为在300Hz的采样频率下，根据本实施例提供的方法对心电信号数据进行压缩、解压缩、插值处理，然后经过采样频率倍增处理后获得的频率响应示意图。由图中可以看出，经过本发明实施例进行采样频率倍增处理后的频率响应有很大的改善。

本技术方案可将采集的心电信号数据进行压缩处理，然后采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形，这样可以改善心电采集系统的频率响应。

实施例三

本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的装置。如图5所示，为本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的装置的示意图。本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的装置包括：

采集模块51，配置为采集心电信号数据；

压缩模块52，配置为对所述心电信号数据进行压缩处理；

发送模块53，配置为采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

其中，所述压缩模块51包括：

压缩子模块521，配置为根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

本发明实施例可以实现改善心电采集系统的频率响应，其有益效果与实施例一的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例四

本发明实施例提供一种提高心电采集系统频率响应的装置。如图4所示，为本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的装置的示意图。本发明实施例的提高心电采集系统频率响应的装置包括：

接收模块61，配置为接收心电信号采集系统发送的心电信号数据；

解压缩模块62，配置为对所述心电信号数据进行解压缩处理；

采样频率倍增模块63，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

其中，所述解压缩模块62包括：

解压缩子模块621，配置为根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

其中，采样频率倍增模块63包括：

插值处理模块631，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；

采样频率倍增子模块632，配置为对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；

显示子模块633，配置为显示采样频率倍增处理后的心电信号。

本发明实施例可以实现改善心电采集系统的频率响应，其有益效果与实施例二的有益效果相同，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种提高心电采集系统频率响应的方法，其特征在于，包括：

采集心电信号数据；

对所述心电信号数据进行压缩处理；

采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述心电信号数据进行压缩处理包括：

根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

4.一种提高心电采集系统频率响应的方法，其特征在于，包括：

接收心电信号采集系统发送的心电信号数据；

对所述心电信号数据进行解压缩处理；

对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述心电信号数据进行解压缩处理包括：

根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示，包括：

对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；

对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；

显示采样频率倍增处理后的心电信号。

7.一种提高心电采集系统频率响应的装置，其特征在于，包括：

采集模块，配置为采集心电信号数据；

压缩模块，配置为对所述心电信号数据进行压缩处理；

发送模块，配置为采用低功耗蓝牙通信方式将所述压缩后的心电信号数据发送至智能移动设备，以使得所述智能移动设备对所述压缩后的心电信号数据进行解压缩处理和采样频率倍增处理后，显示心电信号的波形。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述压缩模块包括：

压缩子模块，配置为根据预设压缩方法，对所述心电信号进行压缩。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，其中，所述压缩后的心电信号为以下至少一种：心电原始信号或心电差分信号。

10.一种提高心电采集系统频率响应的装置，其特征在于，包括：

接收模块，配置为接收心电信号采集系统发送的心电信号数据；

解压缩模块，配置为对所述心电信号数据进行解压缩处理；

采样频率倍增模块，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理，以获得预设频率的心电信号并显示。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述解压缩模块包括：

解压缩子模块，配置为根据预设解压缩方法，对所述心电信号进行解压缩。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，采样频率倍增模块包括：

插值处理模块，配置为对解压缩处理后的心电信号数据进行插值处理；

采样频率倍增子模块，配置为对进行插值处理后的心电信号数据进行采样频率倍增处理；

显示子模块，配置为显示采样频率倍增处理后的心电信号。