CN115227256A - 一种基于向量环的心电信号压缩方法、终端设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于向量环的心电信号压缩方法、终端设备及介质，该方法中包括：获取心电数据中各导联对应的平均心博电压作为各导联的模板电压；基于各导联的模板电压，得到心电向量环模板；当接收到待压缩心电数据时，将心电向量环模板反向映射至多导联心电数据模式后，遍历待压缩心电数据中的每个心博，将每个心博的电压减去心电向量环模板反向映射后的对应导联的模板电压，得到每个心博的残差数据；将待压缩心电数据中每个心博的位置和对应的残差数据记录至残差数据文件内；基于残差数据文件和心电向量环模板得到待压缩心电数据的压缩文件。本发明在心电向量环的基础上，充分利用心电信号时间和空间上的相关性来进一步提高压缩效果。

Description

一种基于向量环的心电信号压缩方法、终端设备及介质
技术领域
本发明涉及心电信号压缩领域，尤其涉及一种基于向量环的心电信号压缩方法、终端设备及介质。
背景技术
心血管疾病作为高死亡率疾病之一严重威胁着人类身体健康，为了监测心血管疾病，多导联心电监测设备应运而生。多导联心电监测设备会产生大量的心电数据需要传输和存储，将采集到的心电数据先进行压缩再传输，可以降低传输功耗，减少存储空间。
现有的心电信号压缩方法，从信息是否可以完全还原的角度可以分为无损压缩和有损压缩；从实现方法可分为时域压缩法、变换编码压缩法以及一些基于压缩感知等学习相关的方法。但是这些压缩方法，只是把心电信号作为一个泛化的波形数据，没能充分利用心电信号本身的内在属性来提高压缩率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于向量环的心电信号压缩方法、终端设备及介质。
具体方案如下：
一种基于向量环的心电信号压缩方法，包括以下步骤：
S1：获取心电数据中各导联对应的平均心博电压作为各导联的模板电压；
S2：基于各导联的模板电压，将心电数据的所有导联映射至心电向量环模式，得到心电向量环模板；
S3：当接收到待压缩心电数据时，将心电向量环模板反向映射至多导联心电数据模式后，遍历待压缩心电数据中的每个心博，将每个心博的电压减去心电向量环模板反向映射后的对应导联的模板电压，得到每个心博的残差数据；
S4：将待压缩心电数据中每个心博的位置和对应的残差数据记录至残差数据文件内；
S5：基于残差数据文件和心电向量环模板得到待压缩心电数据的压缩文件。
进一步的，心电数据中各导联对应的平均心博电压的获取方法为：采集历史心电数据，提取其中各导联的各心博点的电压；将每个导联的所有心博点的电压进行平均后，得到各导联对应的平均心博电压。
进一步的，步骤S5中将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板两者作为待压缩心电数据的压缩文件。
进一步的，步骤S5中将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板的压缩文件两者作为待压缩心电数据的压缩文件。
进一步的，心电向量环模板的压缩方式采用无损压缩方式，具体采用哈夫曼编码。
进一步的，残差数据文件的压缩方式采用有损压缩方式或无损压缩方式；有损压缩方式中，首先进行下采样、滤波和差分的预处理后，再进行压缩编码；无损压缩方式中，首先进行一阶或者二阶差分，之后进行压缩编码。
进一步的，心电向量环为QRS环、QRS-T环或P-QRS-T环，具体采用哪种类型的心电向量环，根据P环和T环的能量与对应阈值的大小关系进行确定。
一种基于向量环的心电信号压缩终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。
本发明采用如上技术方案，在心电向量环的基础上，充分利用心电信号时间和空间上的相关性来进一步提高压缩效果。
附图说明
图1所示为本发明实施例一的流程图。
图2所示为本发明实施例一种映射后的心电向量环模板示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
根据心电向量学的理论，多导联的心电图是心电空间向量的运动轨迹在不同导联轴线上的投影。而且心电信号是个准周期信号，多数情况下，心电信号是由一个基本不变的心电向量环以大约每秒1到2次的频率周期出现。压缩方法和心电内在的特性有机结合有利于提升压缩率。
基于上述原理，本发明实施例提供了一种基于向量环的心电信号压缩方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1：获取心电数据中各导联对应的平均心博电压作为各导联的模板电压。
本实施例中心电数据中各导联对应的平均心博电压的获取方法为：采集历史心电数据并对其中的各心博点进行定位，提取其中各导联的各心博点的电压；将每个导联的所有心博点的电压进行平均后，得到各导联对应的平均心博电压。
本实施例中选择的心电数据中包括12导联，对应的模板电压也包括12导联各自的模板电压。
S2：基于各导联的模板电压，将心电数据的所有导联映射至心电向量环模式，得到心电向量环模板。
为了使得残差能量尽量小，压缩率尽量高，心电向量环可以为QRS环、QRS-T环或P-QRS-T环，具体采用哪种类型的心电向量环，本领域技术人员可以根据P环和T环的能量与对应阈值的大小关系进行确定。映射方式先用现有的映射方式即可，映射后将12导联的心电数据映射至为三维的空间上。本实施例中映射后的心电向量环模板如图2所示。
S3：当接收到待压缩心电数据时，将心电向量环模板反向映射至多导联心电数据模式后，遍历待压缩心电数据中的每个心博，将每个心博的电压减去心电向量环模板反向映射后的对应导联的模板电压，得到每个心博的残差数据。
残差数据多数情况下为基线干扰或者其他工频和肌电干扰。
S4：将待压缩心电数据中每个心博的位置和对应的残差数据记录至残差数据文件内。
S5：基于残差数据文件和心电向量环模板得到待压缩心电数据的压缩文件。
基于上述原理，心电数据传输时不仅需要残差数据，还需要心电向量环模板，两者功能才能还原为原始数据。由于心电向量环模板的数据量有限，如果运行效率要求较高，心电向量环模板可以不进行压缩。因此本实施例中提供了两种压缩方式。
第一种：直接将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板两者作为待压缩心电数据的压缩文件进行传输。
第二种：将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板的压缩文件两者作为待压缩心电数据的压缩文件。
心电向量环模板由于是实现本实施例方法的重要心电特征，因此其压缩方式应采用无损压缩方式，本实施例中具体采用哈夫曼编码。
残差数据文件的压缩方式可以采用有损压缩方式来减小压缩后的文件大小，具体的，首先进行下采样、滤波和差分等的预处理后，再进行哈夫曼编码；也可以采用无损压缩方式，以对残差数据进行可逆的数据处理，如进行一阶或者二阶差分，然后进行哈夫曼编码或者其他压缩编码。有损压缩方式适用于动态心电或实时心电场景。
进一步的，如果心电数据存在心搏形态差异比较大的情况，可以提取多个心电向量环模板，以使得残差数据的电压最小。心搏形态差异，可以通过心电向量环之间的相关性或者电压差异比来衡量。
通过上述步骤实现了对心电数据的压缩，解压过程为上述压缩过程的你过程，具体来说，首先分别解压恢复心电向量环模板和残差数据；之后对残差数据进行逆差分运算、上采样；最后按照每个心博的位置在模板电压的基础上加上对应的差分数据，即可完成心电数据的解压。
实施例二：
本发明还提供一种基于向量环的心电信号压缩终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。
进一步地，作为一个可执行方案，所述基于向量环的心电信号压缩终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于向量环的心电信号压缩终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述基于向量环的心电信号压缩终端设备的组成结构仅仅是基于向量环的心电信号压缩终端设备的示例，并不构成对基于向量环的心电信号压缩终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于向量环的心电信号压缩终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。
进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于向量环的心电信号压缩终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于向量环的心电信号压缩终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于向量环的心电信号压缩终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。
所述基于向量环的心电信号压缩终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及软件分发介质等。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取心电数据中各导联对应的平均心博电压作为各导联的模板电压；
S2：基于各导联的模板电压，将心电数据的所有导联映射至心电向量环模式，得到心电向量环模板；
S3：当接收到待压缩心电数据时，将心电向量环模板反向映射至多导联心电数据模式后，遍历待压缩心电数据中的每个心博，将每个心博的电压减去心电向量环模板反向映射后的对应导联的模板电压，得到每个心博的残差数据；
S4：将待压缩心电数据中每个心博的位置和对应的残差数据记录至残差数据文件内；
S5：基于残差数据文件和心电向量环模板得到待压缩心电数据的压缩文件。
2.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：心电数据中各导联对应的平均心博电压的获取方法为：采集历史心电数据，提取其中各导联的各心博点的电压；将每个导联的所有心博点的电压进行平均后，得到各导联对应的平均心博电压。
3.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：步骤S5中将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板两者作为待压缩心电数据的压缩文件。
4.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：步骤S5中将残差数据文件对应的压缩文件和心电向量环模板的压缩文件两者作为待压缩心电数据的压缩文件。
5.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：心电向量环模板的压缩方式采用无损压缩方式，具体采用哈夫曼编码。
6.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：残差数据文件的压缩方式采用有损压缩方式或无损压缩方式；有损压缩方式中，首先进行下采样、滤波和差分的预处理后，再进行压缩编码；无损压缩方式中，首先进行一阶或者二阶差分，之后进行压缩编码。
7.根据权利要求1所述的基于向量环的心电信号压缩方法，其特征在于：心电向量环为QRS环、QRS-T环或P-QRS-T环，具体采用哪种类型的心电向量环，根据P环和T环的能量与对应阈值的大小关系进行确定。
8.一种基于向量环的心电信号压缩终端设备，其特征在于：包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～7中任一所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7中任一所述方法的步骤。
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