CN109199374A - 一种多导联心电数据记录装置及方法 - Google Patents

一种多导联心电数据记录装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种多导联心电数据记录装置及方法，对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；对获得的差分数组M按导联进行LZW压缩运算得到一次压缩后的数组A；对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；记录方法通过运动传感器动态感知用户的运动状态，根据反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值；对采集的心电数据实时压缩，对压缩后的心电数据进行发送，对发送的压缩后的心电数据进行接收，对接收的心电数据进行解压缩，对解压缩后的心电数据进行展示。本发明提高检测准确性，对心电数据实时进行压缩、发送，稳定性强，带宽降低。

Description

一种多导联心电数据记录装置及方法
技术领域
本发明涉及一种多导联心电数据记录装置及方法，属于数据采集技术领域。
背景技术
动态心电记录是通过动态心电图仪在患者日常生活状态下连续24小时或更长时间记录其心电活动的全过程。对心律失常及心肌缺血的定性、定量诊断，对阵发性晕厥、眩晕和心悸原因及性质的确定，评价心脏病患者预后，评估心脏病患者日常生活能力，抗心律失常和治疗心肌缺血药物疗效评价，起搏器功能评定具有重要的意义。
现有的心电记录装置，存在以下的弊端：由于心电采集数据的采样率和精度要求高，所以每秒钟产生的数据量很大，现有技术方案很难保证数据传输的稳定性。另外，由于每个人的心电状态24小时内形态变化差异不大(相似性高)，所以24小时的心电数据会有很多冗余性，重复性高；再一点相邻心跳之间会存在静息期，因此静息期在排除干扰的情况下，基本处于直线状态，所以24小时的心电数据，冗余度很高，数据传输的带宽较大。
发明内容
本发明实施例针对现有技术存在的不足，提供一种多导联心电数据记录装置及方法，基于运动传感器进行运动感知，动态的感知用户的运动状态，根据运动状态的剧烈程度，动态调整检测阈值，提高检测的准确性，对采集的心电数据实时进行压缩、发送，稳定性强，带宽降低。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多导联心电数据记录装置，所述数据记录装置包括数据采集单元、数据处理单元、数据发送单元和数据接收单元；所述数据采集单元、数据处理单元、数据发送单元和数据接收单元之间依次建立数据传输或信号传递关系；
所述数据采集单元包括心电采集模块和动态感知模块，所述心电采集模块用于对用户的心电数据通过导联线进行采集；所述动态感知模块用于对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；
所述数据处理单元包括差分处理模块、一次压缩模块、二次压缩模块和数据写入模块；所述差分处理模块用于对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；所述一次压缩模块用于对获得的差分数组M按导联进行LZW压缩运算得到一次压缩后的数组A；所述二次压缩模块用于对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；所述数据写入模块用于将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；
所述数据发送单元包括无线传输模块，所述无线传输模块用于将数据处理单元中获得的压缩文件发送到数据接收单元；
所述数据接收单元包括数据读取模块、一次解码模块和二次解码模块，所述数据读取模块用于对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；所述一次解码模块用于对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；所述二次解码模块用于对解压出的数组A进行LZW解压还原出差分数组M。
作为多导联心电数据记录装置的优选方案，所述数据采集单元还包括阈值调整模块，所述阈值调整模块用于根据动态感知模块感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。
作为多导联心电数据记录装置的优选方案，所述数据处理单元还包括数据标识模块，所述数据标识模块用于对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识。
作为多导联心电数据记录装置的优选方案，所述数据接收单元还包括波形展示模块，所述波形展示模块用于对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。
本发明实施例另外提供一种多导联心电数据记录方法，所述数据记录方法中,通过运动传感器动态感知用户的运动状态，根据反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值；对采集的心电数据进行实时压缩，对压缩后的心电数据进行发送，对发送的压缩后的心电数据进行接收，对接收的心电数据进行解压缩，对解压缩后的心电数据进行展示。
作为多导联心电数据记录方法的优选方案，所述数据记录方法包括以下步骤：
步骤一：调用心电采集模块对用户的心电数据通过导联线进行采集，并调用动态感知模块对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；
步骤二：调用差分处理模块对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；
步骤三：调用一次压缩模块对获得的差分数组M按导联进行压缩运算得到一次压缩后的数组A；
步骤四：调用二次压缩模块对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；
步骤五：调用数据写入模块将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；调用无线传输模块将数据处理单元中获得的压缩文件发送到数据接收单元；
步骤六：调用所述数据读取模块对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；
步骤七：调用一次解码模块对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；
步骤八：调用二次解码模块对解压出的数组A进行解压还原出差分数组M。
作为多导联心电数据记录方法的优选方案，所述步骤一中还包括：调用阈值调整模块根据动态感知模块感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。
作为多导联心电数据记录方法的优选方案，所述步骤二中进行二阶差分分方式为：
y(n)＝2x(n-1)-x(n)-x(n-2)
所述步骤八中还原出差分数组M的方式为：
x(n+2)＝2x(n+1)-x(n)-y(n)
其中，x为采集的心电数据，y为差分数组依次的数值，n为数组下标。
作为多导联心电数据记录方法的优选方案，所述步骤五中写入到压缩文件的二次压缩数组B的形式为：
[霍夫曼编码树]|[B]，
步骤五中还包括，调用数据标识模块对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识，给定的分隔符采用7F807F80。
作为多导联心电数据记录方法的优选方案，所述步骤八还包括调用波形展示模块对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。
本发明的有益效果是：基于运动传感器运动感知，动态的感知用户的运动状态，根据运动状态的剧烈程度，动态调整检测阈值，对每一通道的心电数据分别进行处理，得到其差值，提高筹码的集中度，降低由于干扰引起的采集数据离散，提高检测的准确性，对采集的心电数据实时进行压缩、发送，保证了数据传输的稳定性，降低了数据传输的带宽。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的多导联心电数据记录装置示意图；
图2为本发明实施例中提供的多导联心电数据记录方法流程图；
其中，1、数据采集单元；101、心电采集模块；102、动态感知模块；103、阈值调整模块；2、数据处理单元；201、差分处理模块；202、一次压缩模块；203、二次压缩模块；204、数据写入模块；3、数据发送单元；301、无线传输模块；4、数据接收单元；401、数据读取模块；402、一次解码模块；403、二次解码模块；404、波形展示模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本领域技术人员熟知的是，LZW(Lempel-Ziv-Welch Encoding)算法又叫“串表压缩算法”，是通过建立一个字符串表，用较短的代码来表示较长的字符串来实现压缩。具体的原理是提取原始文本文件数据中的不同字符，基于这些字符创建一个编译表，然后用编译表中的字符的索引来替代原始文本文件数据中的相应字符，减少原始数据大小。
参见图1，一种多导联心电数据记录装置，数据记录装置包括数据采集单元1、数据处理单元2、数据发送单元3和数据接收单元4；数据采集单元1、数据处理单元2、数据发送单元3和数据接收单元4之间依次建立数据传输或信号传递关系。
数据采集单元1包括心电采集模块101和动态感知模块102，心电采集模块101用于对用户的心电数据通过导联线进行采集；动态感知模块102用于对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；通过采用标准12导联线的数据，在特征点寻找上采用全导联综合分析，对12个导联线的数据进行预处理，去掉2个最高值，去掉2个最低值，将剩余的导联数值进行叠加求和，然后进行滑动平均，积分，突出QRS波的特征点。运动传感器采用压电晶体，把压力转变成电压，运动时的加速度可以使压电晶体变形，与受压力效果等同，从而通过电压信号的大小能够反映用户的运动状态剧烈程度。
数据处理单元2包括差分处理模块201、一次压缩模块202、二次压缩模块203和数据写入模块204；差分处理模块201用于对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；一次压缩模块202用于对获得的差分数组M按导联进行LZW压缩运算得到一次压缩后的数组A；二次压缩模块203用于对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；数据写入模块204用于将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件。
数据发送单元3包括无线传输模块301，无线传输模块301用于将数据处理单元2中获得的压缩文件发送到数据接收单元4；无线传输模块301可以采用蓝牙模块或WiFi模块。
数据接收单元4包括数据读取模块401、一次解码模块402和二次解码模块403，数据读取模块401用于对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；一次解码模块402用于对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；二次解码模块403用于对解压出的数组A进行LZW解压还原出差分数组M。
多导联心电数据记录装置的一个实施例中，数据采集单元1还包括阈值调整模块103，阈值调整模块103用于根据动态感知模块102感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。动态的感知用户的运动状态，根据运动状态的剧烈程度，动态调整检测阈值，提高检测的准确性。
多导联心电数据记录装置的一个实施例中，数据处理单元2还包括数据标识模块205，数据标识模块205用于对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识。具体的将压缩的数据以二进制的型式写入压缩文件，数据结构为[霍夫曼编码树]|[B]，编码树与压缩数据B之间用特定的分隔符7F807F80标识。
多导联心电数据记录装置的一个实施例中，数据接收单元4还包括波形展示模块404，波形展示模块404用于对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。波形展示模块404可以配置显示器或传输到对应的智能终端上进行展示。
参见图1和图2，本发明实施例另外提供一种多导联心电数据记录方法，数据记录方法中,具体的，数据记录方法包括以下步骤：
S1：调用心电采集模块101对用户的心电数据通过导联线进行采集，并调用动态感知模块102对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；
S2：调用差分处理模块201对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；
S3：调用一次压缩模块202对获得的差分数组M按导联进行压缩运算得到一次压缩后的数组A；
S4：调用二次压缩模块203对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；
S5：调用数据写入模块204将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；调用无线传输模块301将数据处理单元2中获得的压缩文件发送到数据接收单元4；
S6：调用数据读取模块401对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；
S7：调用一次解码模块402对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；
S8：调用二次解码模块403对解压出的数组A进行解压还原出差分数组M。
多导联心电数据记录方法的一个实施例中，S1中还包括：调用阈值调整模块103根据动态感知模块102感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。
多导联心电数据记录方法的一个实施例中，S2中进行二阶差分分方式为：
y(n)＝2x(n-1)-x(n)-x(n-2)
S8中还原出差分数组M的方式为：
x(n+2)＝2x(n+1)-x(n)-y(n)
其中，x为采集的心电数据，y为差分数组依次的数值，n为数组下标。
多导联心电数据记录方法的一个实施例中，S5中写入到压缩文件的二次压缩数组B的形式为：
[霍夫曼编码树]|[B]。
S5中还包括，调用数据标识模块205对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识，给定的分隔符采用7F807F80。
多导联心电数据记录方法的一个实施例中，S8还包括调用波形展示模块404对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。
本实施例中涉及的压缩方法对心电数据按导联进行二阶差分(y(n)＝2x(n-1)-x(n)-x(n-2))；差分后的数据离散度降低；数据比较集中；记录x0,x1,y0,…..yn；将得到数据按导联进行LZW压缩运算，得到压缩后的数组A；将数组A中数值出现的次数由高到低进行统计；按照霍夫曼编码方法，编制编码树；对A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；将压缩的数据以二进制的型式写入压缩文件，数据结构为[霍夫曼编码树]|[B]，编码树与压缩数据B之间用特定的分隔符7F807F80标识；采用本方法压缩比例可达到1:6至1:8；数据的采样精度越高，压缩比越高。
解压缩过程中，首先读取霍夫曼编码树，以7F807F80为结束符；按照霍夫曼编码树，按照霍夫曼编码规则，依次读取压缩数据B进行解码，解压出压缩数据A；对压缩数据A，按照LZW的解压缩方式进行解压，还原出差分数组及x0，x1；依次根据公式x(n+2)＝2x(n+1)-x(n)-y(n)；y为差分数组依次的数值。
本发明技术方案对于单独的个体而言，该个体的每一次心跳的形态是相似的，每一次心跳与心跳之间，有一段静息期，静息期在排除干扰的情况下，基本处于直线状态，所以24小时的心电数据，冗余度很高，可压缩性强；采用二阶差分，对每一通道的心电数据分别进行处理，得到其差值，这样处理可以提高筹码的集中度，降低由于干扰引起的采集数据离散。建立哈希字典表，存储出现过的数据组合，用较短的代码编码较长的数据组合，输出编码表；然后根据预先建立的霍夫曼树，对输出的编码表进行二次压缩，也就是用较少的比特代表出现频率较高的字节，用较多的比特代表出现频率较低的字节。通过该种方法压缩，平均压缩率可达到15％，500兆的心电数据，可压缩为75M的大小，降低了数据传输的带宽。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多导联心电数据记录装置，其特征在于：所述数据记录装置包括数据采集单元、数据处理单元、数据发送单元和数据接收单元；所述数据采集单元、数据处理单元、数据发送单元和数据接收单元之间依次建立数据传输或信号传递关系；
所述数据采集单元包括心电采集模块和动态感知模块，所述心电采集模块用于对用户的心电数据通过导联线进行采集；所述动态感知模块用于对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；
所述数据处理单元包括差分处理模块、一次压缩模块、二次压缩模块和数据写入模块；所述差分处理模块用于对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；所述一次压缩模块用于对获得的差分数组M按导联进行LZW压缩运算得到一次压缩后的数组A；所述二次压缩模块用于对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；所述数据写入模块用于将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；
所述数据发送单元包括无线传输模块，所述无线传输模块用于将数据处理单元中获得的压缩文件发送到数据接收单元；
所述数据接收单元包括数据读取模块、一次解码模块和二次解码模块，所述数据读取模块用于对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；所述一次解码模块用于对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；所述二次解码模块用于对解压出的数组A进行LZW解压还原出差分数组M。
2.根据权利要求1所述的一种多导联心电数据记录装置，其特征在于：所述数据采集单元还包括阈值调整模块，所述阈值调整模块用于根据动态感知模块感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。
3.根据权利要求1所述的一种多导联心电数据记录装置，其特征在于：所述数据处理单元还包括数据标识模块，所述数据标识模块用于对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识。
4.根据权利要求1所述的一种多导联心电数据记录装置，其特征在于：所述数据接收单元还包括波形展示模块，所述波形展示模块用于对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。
5.一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述数据记录方法中,通过运动传感器动态感知用户的运动状态，根据反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值；对采集的心电数据进行实时压缩，对压缩后的心电数据进行发送，对发送的压缩后的心电数据进行接收，对接收的心电数据进行解压缩，对解压缩后的心电数据进行展示。
6.根据权利要求5所述的一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述数据记录方法包括以下步骤：
步骤一：调用心电采集模块对用户的心电数据通过导联线进行采集，并调用动态感知模块对用户的运动剧烈状态通过运动传感器进行感知；
步骤二：调用差分处理模块对采集的心电数据按导联进行二阶差分获得差分数组M；
步骤三：调用一次压缩模块对获得的差分数组M按导联进行压缩运算得到一次压缩后的数组A；
步骤四：调用二次压缩模块对一次压缩后的数组A中数值按照霍夫曼编码进行二次压缩获得二次压缩数组B；
步骤五：调用数据写入模块将二次压缩数组B以二进制的型式写入到压缩文件；调用无线传输模块将数据处理单元中获得的压缩文件发送到数据接收单元；
步骤六：调用所述数据读取模块对获取的压缩文件中的心电数据信息进行读取；
步骤七：调用一次解码模块对读取出的心电数据信息按照霍夫曼编码树及霍夫曼编码规则对数组B进行一次解码解压出数组A；
步骤八：调用二次解码模块对解压出的数组A进行解压还原出差分数组M。
7.根据权利要求6所述的一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述步骤一中还包括：调用阈值调整模块根据动态感知模块感知的反应运动状态剧烈程度的运动信号动态调整心电数据的检测阈值。
8.根据权利要求6所述的一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述步骤二中进行二阶差分公式为：
y(n)＝2x(n-1)-x(n)-x(n-2)
所述步骤八中还原出差分数组M的方式为：
x(n+2)＝2x(n+1)-x(n)-y(n)
其中，x为采集的心电数据，y为差分数组依次的数值，n为数组下标。
9.根据权利要求6所述的一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述步骤五中写入到压缩文件的二次压缩数组B的形式为：
[霍夫曼编码树]|[B]，
步骤五中还包括，调用数据标识模块对二次压缩数组B与霍夫曼编码树之间用给定的分隔符进行标识，给定的分隔符采用7F807F80。
10.根据权利要求6所述的一种多导联心电数据记录方法，其特征在于：所述步骤八还包括调用波形展示模块对还原出差分数组M采用波形图的方式进行展示。
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