CN111345807B - 一种心电波形绘制方法、模块及装置 - Google Patents

一种心电波形绘制方法、模块及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种心电波形绘制方法、模块及装置，该方法根据输入的心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值，再根据二次采样阈值，对该心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据；接着，根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；然后，结合上一次绘制未完成的绘制数据，得到本次实际需要绘制的绘制数据；最后，根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完。因此，本发明通过计算出数据与像素之间的采样阈值，并利用该采样阈值进行二次采样，保持心电数据的幅度值、形态波折，从而使心电波形形态绘制得更加平顺细致。

Description

一种心电波形绘制方法、模块及装置
技术领域
本发明涉及波形绘制技术领域，特别涉及一种心电波形绘制方法、模块及装置。
背景技术
在临床应用过程中，平衡、实时、准确地绘制波形是至关重要的。目前，心电波形的绘制方式为：由心电信号获取装置以固定的采样率进行采样，再通过线缆将采样的心电信号传输到波形绘制模块进行绘制。其中，心电信号获取装置通过放置于患者体表和心腔内的电极获取的心电波形，而不同的病症会有不同的细致形态，不同的绘制分辨率和绘制速率会有不同的波形形态表现，特别是心腔内的心电波形，准确细致的绘制心电波形形态在实际应用中是必不可少的。
但是，由于装置的硬件采样率、通讯速率、滤波延迟等一系列处理过程的影响，心电信号获取速率与绘制速率不同步是必然存在的。而且，在实际情况下，心电信号的获取速率存在抖动，这就导致心电波形形态绘制有明显的停顿等现象。同时，由于波形绘制模块的分辨率取决于显示器的分辨率和物理规格，会存在心电信号的采样率与绘制分辨率不一致的情况，造成绘制心电波形形态不够准确细致。并且在实际应用中，绘制速率是必须固定的，即每秒必须绘制若干毫米。
发明内容
本发明的目的在于：解决由于在绘制心电波形时，存在心电信号的采集速率与绘制速率不同步，以及心电信号的采样率与绘制分辨率不一致的情况，而造成绘制心电波形形态不够准确细致、绘制心电波形不稳定平顺的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种心电波形绘制方法，其包括以下步骤：
S1：通过一级驱动，输入本次绘制的心电数据，并根据二次采样阈值，对输入的心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值；
S2：根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；
S3：通过二级驱动，输入本次绘制的绘制数据，并结合上一次绘制未完成的绘制数据，得到本次实际需要绘制的绘制数据；
S4：根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
根据一种具体的实施方式，本发明的心电波形绘制方法的步骤S1中，二次采样阈值的计算公式为：
Figure BDA0001916504560000021
其中，β表示二次采样阈值，A表示显示器的英寸与毫米的系数，P表示显示器物理规格，Speed表示绘制速率，Sampling表示数据采样率。
进一步地，经二次采样后得到的本次绘制的绘制数据的个数为：
Figure BDA0001916504560000031
其中，Nn表示输入的本次绘制的心电数据的个数。
根据一种具体的实施方式，本发明的心电波形绘制方法中，将输入的本次绘制的Nn个心电数据划分为Cn段数据，使每段数据包含β个心电数据；依次计算每段数据中β个心电数据的最大值和最小值，并根据信号采集的放大系数，将计算出的最大值和最小值转换为绘制数据，以及根据上一个绘制数据，计算当前绘制数据的幅值、微分和方向，确定当前绘制数据的位置取最大值或最小值，从而确定当前绘制数据的位置。
根据一种具体的实施方式，本发明的心电波形绘制方法的步骤S1中，二次采样的方式为：所述S1中二次采样的方式为：获取上一次绘制未完成的绘制数据，并根据上一次绘制未完成的绘制数据的最大值和最小值，循环判断每个心电数据是否超出最大值或最小值；若有心电数据超出最大值或最小值，则将该心电数据更新为最大值或最小值，并进行下一个心电数据的判断，直至循环计数达到二次采样阈值β，完成本次绘制的二次采样。
根据一种具体的实施方式，本发明的心电波形绘制方法的步骤S4中，若本次绘制未完成的绘制数据的个数超过设定阈值，则重新调整本次实际要绘制的绘制数据的个数。
本发明还提供一种心电波形绘制模块，其包括绘制一级驱动单元、绘制数据解析单元、绘制位置计算单元、绘制二级驱动单元和绘制单元；其中，
所述绘制一级驱动单元，用于将其缓存的本次绘制的心电数据输入至绘制数据解析单元；
所述绘制数据解析单元，用于根据二次采样阈值，对该心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据，以及根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值；
所述绘制二级驱动单元，用于将其缓存的本次实际需要绘制的绘制数据输入至绘制单元；其中，本次实际需要绘制的绘制数据包括本次绘制的绘制数据和上一次绘制未完成的绘制数据；
所述绘制单元，用于根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
本发明还提供一种心电波形绘制装置，其包括本发明的心电波形绘制模块、信号采集设备和呈现设备；其中，所述信号采集设备用于采集心动信号，并对采集到的心动信号进行放大和滤波处理；所述呈现设备用于呈现所述心电波形绘制模块根据所述信号采集设备 采集的心动信号而输出的绘制结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的心电波形绘制方法，根据输入的心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值，再根据二次采样阈值，对该心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据；接着，根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；然后，结合上一次绘制未完成的绘制数据，得到本次实际需要绘制的绘制数据；最后，根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完。因此，本发明利用数据采样率、绘制速率、绘制分辨率的相互关系，计算出数据与像素之间的采样阈值，并利用该采样阈值进行二次采样，保持心电数据的幅度值、形态波折，从而使心电波形形态绘制得更加平顺细致。
此外，本发明的心电波形绘制方法还通过两级驱动来消除心电数据获取速度与绘制速度不同步、心电数据采样率与绘制分辨率不一致带来的问题，实现平稳、实时、准确的波形绘制。
附图说明：
图1为本发明的心电波形绘制方法的流程图；
图2为本发明的心电波形绘制模块的结构示意图；
图3为本发明的心电波形绘制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
结合图1所示，本发明的心电波形绘制方法包括：
S1：通过一级驱动，输入本次绘制的心电数据，并根据二次采样阈值，对输入的心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值。
由于装置的硬件采样率、通讯速率、滤波延迟等一系列处理过程的影响，心电信号获取速率与绘制速率不同步是必然存在的。因此必须将输入的心电数据暂存，一方面可以避免不稳定的输入可能导致心电数据出现丢失、覆盖等问题，另一方面只有暂存后才能利用后续的驱动来实现稳定的处理过程。
具体的，本发明的心电波形绘制方法的步骤S1中，二次采样阈值的计算公式为：
Figure BDA0001916504560000061
其中，β表示二次采样阈值，A表示显示器的英寸与毫米的系数，P表示显示器物理规格，Speed表示绘制速率，Sampling表示数据采样率。
进一步地，经二次采样后得到的本次绘制的绘制数据的个数为：
Figure BDA0001916504560000062
其中，Nn表示输入的本次绘制的心电数据的个数。
即相当于，将输入的本次绘制的Nn个心电数据划分为Cn段数据，使每段数据包含β个心电数据。然后，依次每段数据中β个心电数据的最大值和最小值，并根据信号采集的放大系数，将计算出的最大值和最小值转换为绘制数据，以及根据上一个绘制数据，计算当前绘制数据的幅值、微分和方向，确定当前绘制数据的位置取最大值或最小值，从而确定当前绘制数据的位置，保证心电波形的时间和最值信息未丢失、形态未变异。具体的，
Figure BDA0001916504560000063
其中，Ai为当前绘制数据的幅值，Bi为当前绘制数据的微分，ti为当前绘制数据的时间，Ci为当前绘制数据的方向。
本发明的心电波形绘制方法的步骤S1中，二次采样的方式为：S1中二次采样的方式为：获取上一次绘制未完成的绘制数据，并根据上一次绘制未完成的绘制数据的最大值和最小值，循环判断每个心电数据是否超出最大值或最小值；若有心电数据超出最大值或最小值，则将该心电数据更新为最大值或最小值，并进行下一个心电数据的判断，直至循环计数达到二次采样阈值β，完成本次绘制的二次采样。最终，最大值与最小值之间包含β个心电数据的幅度信息。
S2：根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置。
S3：通过二级驱动，输入本次绘制的绘制数据，并结合上一次绘制未完成的绘制数据，得到本次实际需要绘制的绘制数据；具体的，本发明采用精确定时器作为二级驱动方式，定时精度为毫米级，定时精度与采样率、绘制分辨相关，其它驱动方式同样适用。
S4：根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
例如当绘制速率保持在100毫米/秒时，心电数据的采样率为2000个/秒，显示器的物理规格为300毫米、1680像素，即需要在1000毫秒内将2000个心电数据绘制在显示器的560像素上，即每1个毫秒绘制2个心电数据至显示器的0.56像素上，即每2个毫秒将4个心电数据二次采样为1.12个绘制数据，绘制在显示器1个像素上，同时剩余0.12个绘制数据保留至下一次绘制。同时，绘制这1个绘制数据应包含4个心电数据的幅度值和方向，以保证绘制的波形的形态是准确的。另外，剩余的0.12个绘制数据还在下一次绘制的二次采样中起相应的作用。
如图2所示，本发明的心电波形绘制模块包括一级驱动单元、数据解析单元、二级驱动单元和绘制单元。而且，一级驱动单元，用于将其缓存的本次绘制的心电数据输入至绘制数据解析单元。
数据解析单元，用于根据二次采样阈值，对该心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据，以及根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值。即数据解析单元主要是完成二次采样以及确定绘制数据的位置。
二级驱动单元，用于将其缓存的本次实际需要绘制的绘制数据输入至绘制单元；其中，本次实际需要绘制的绘制数据包括本次绘制的绘制数据和上一次绘制未完成的绘制数据。
所述绘制单元，用于根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
本发明的心电波形绘制模块是通过硬件结合软件的方式，硬件在软件程序的控制下，执行相应的操作，从而实现本发明的心电波形绘制方法。
如图3所示，本发明的心电波形绘制装置包括图2所示的心电波形绘制模块以及一台信号采集设备和一台呈现设备。其中，信号采集设备通过连接于患者体表和/或心腔内的电极获取心电信号，然后对采集到的心动信号进行放大和滤波处理，呈现设备可以是显示器或者打印机，显示器通过其屏幕显示心电波形绘制模块输出的绘制结果，打印机则是直接打印出包含绘制结果的图纸。

Claims (5)

1.一种心电波形绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过一级驱动，输入本次绘制的心电数据，并根据二次采样阈值，对输入的心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值；
二次采样的方式为：获取上一次绘制未完成的绘制数据，并根据上一次绘制未完成的绘制数据的最大值和最小值，循环判断每个心电数据是否超出最大值或最小值；若有心电数据超出最大值或最小值，则将该心电数据更新为最大值或最小值，并进行下一个心电数据的判断，直至循环计数达到二次采样阈值β，完成本次绘制的二次采样；
二次采样阈值的计算公式为：
Figure 968975DEST_PATH_IMAGE001
其中，β表示二次采样阈值，A表示显示器的英寸与毫米的系数，P表示显示器物理规格，Speed表示绘制速率，Sampling表示数据采样率；
S2：根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；
S3：通过二级驱动，输入本次绘制的绘制数据，并结合上一次绘制未完成的绘制数据，得到本次实际需要绘制的绘制数据；
S4：根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
2.如权利要求1所述的心电波形绘制方法，其特征在于，经二次采样后得到的本次绘制的绘制数据的个数为：
Figure 517768DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 136968DEST_PATH_IMAGE003
表示输入的本次绘制的心电数据的个数。
3.如权利要求2所述的心电波形绘制方法，其特征在于，将输入的本次绘制的
Figure 138423DEST_PATH_IMAGE003
个心电数据划分为
Figure 868481DEST_PATH_IMAGE004
段数据，使每段数据包含β个心电数据；依次计算每段数据中β个心电数据的最大值和最小值，并根据信号采集的放大系数，将计算出的最大值和最小值转换为绘制数据，以及根据上一个绘制数据，计算当前绘制数据的幅值、微分和方向，确定当前绘制数据的位置取最大值或最小值，从而确定当前绘制数据的位置。
4.一种心电波形绘制模块，其特征在于，包括一级驱动单元、数据解析单元、位置计算单元、二级驱动单元和绘制单元；其中，所述一级驱动单元，用于将其缓存的本次绘制的心电数据输入至绘制数据解析单元；
所述数据解析单元，用于根据二次采样阈值，对该心电数据进行二次采样，得到本次绘制的绘制数据，以及根据心电通道的排列位置，计算出当前通道绘制数据的初始位置；其中，根据该心电数据的数据采样率、绘制分辨率和绘制速率计算出二次采样阈值；二次采样的方式为：获取上一次绘制未完成的绘制数据，并根据上一次绘制未完成的绘制数据的最大值和最小值，循环判断每个心电数据是否超出最大值或最小值；若有心电数据超出最大值或最小值，则将该心电数据更新为最大值或最小值，并进行下一个心电数据的判断，直至循环计数达到二次采样阈值β，完成本次绘制的二次采样；二次采样阈值的计算公式为：
Figure 334098DEST_PATH_IMAGE005
其中，β表示二次采样阈值，A表示显示器的英寸与毫米的系数，P表示显示器物理规格，Speed表示绘制速率，Sampling表示数据采样率；
所述二级驱动单元，用于将其缓存的本次实际需要绘制的绘制数据输入至绘制单元；其中，本次实际需要绘制的绘制数据包括本次绘制的绘制数据和上一次绘制未完成的绘制数据；
所述绘制单元，用于根据绘制速率，判断是否能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据，若不能，则调整本次实际需要绘制的绘制数据的个数，直到能够一次性绘制完本次实际需要绘制的绘制数据。
5.一种心电波形绘制装置，其特征在于，包括信号采集设备、呈现设备以及如权利要求4所述的心电波形绘制模块；其中，所述信号采集设备用于采集心动信号，并对采集到的心动信号进行放大和滤波处理；所述呈现设备用于呈现所述心电波形绘制模块根据所述信号采集设备 采集的心动信号而输出的绘制结果。
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Learning-based ventricle detection from cardiac MR and CT images;J. Weng等;《IEEE Transactions on Medical Imaging》;19980831;第16卷(第4期);第378 - 391页 *
On-mote compressive sampling to reduce power consumption for wireless sensors;Marc J. Rubin等;《2013 IEEE International Conference on Sensing, Communications and Networking》;20130627;全文 *
The Reorganization of Human Brain Networks Modulated by Driving Mental Fatigue;Yong Yang等;《IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics》;20170531;第21卷(第3期);第743 - 755页 *
一种心脏影像四维动态实时绘制方法;冯朝路等;《东北大学学报(自然科学版)》;20110131;第32卷(第1期);第18-21页 *
基于IVUS图像序列的关键帧提取和分析在临床上的应用;毛海群等;《生物医学工程学杂志》;20150430;第32卷(第4期);第892-899页 *
特发性扩张型心肌病右室心肌糖代谢与心功能的相关性研究;杨勇等;《中华核医学与分子影像杂志》;20150228;第35卷(第2期);第81-84页 *
脉搏信号提取及波形恢复;付伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20171215(第12期);第I140-48页 *
超低功耗微型心电听诊仪的设计;张虎军等;《医疗卫生装备》;20040531(第5期);第13-14+17页 *

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