CN1206961C - 12导联心电图实时采集中无损压缩的方法 - Google Patents

Abstract

一种简便易行的在进行12导联(多导联)心电信号高精度实时采集时使用的无损压缩方法，可以实时地无损压缩采集到的心电数据。可以在低功耗的、处理速度低及内部RAM资源少的单片机上使用，方法简便易行，特别适合于12导联(多导联)HOLTER系统或便携式、手持多导联心电信号采集装置使用。

Description

12导联心电图实时采集中无损压缩的方法

所属技术领域

本发明属于医疗仪器技术领域，特别涉及在12导联心电图的实时同步采集中实时无损压缩存储心电信号波形的方法。

背景技术

12导联心电图同步记录技术目前在医疗仪器领域广泛应用。对于基于计算机系统的心脏检查诊断设备来说，计算机CPU的工作速度和硬盘存储空间的容量不构成问题，短时间采集的大量的心电数据可以完全存储，无需任何压缩处理。但是随着医疗仪器水平的发展，目前很多心脏检查诊断设备向便携式和手持式的小型化发展，需要长时间地或者随时地采集人体的心电信息，而且采集精度越来越高，采集时间越来越长，采集到的心电图的数据量越来越大。同时，对仪器的小体积、低功耗等的要求，加上单片机性能和存储器容量的限制，使心电信号的实时采集和实时无损压缩后再存储的方法应运而生。但是以往的压缩方法在达到可以实用的压缩速度和压缩比后，再还原出来的心电图波形出现畸变和许多细节特征的丢失，失真度很大，影响临床的诊断；还有一些压缩方法可以基本做到无损压缩，但是在实际使用中非常复杂，而且对单片机的要求高。

发明内容

为了克服已有的压缩方法在心电数据压缩后还原失真和对CPU、RAM等资源要求高的缺点，本发明提供一种在处理速度低及内部RAM资源少和低功耗的单片机上实现12导联心电图高精度同步实时采集时的无损压缩方法。

本发明所采用的技术方案是：在使用低功耗的、处理速度低及内部RAM资源少的单片机进行12导联心电图同步高精度采集时，对于采集到的每个导联的心电数据进行实时的无损压缩，当压缩后的数据积累到一定的量后，写入存储器存储。所采用的无损压缩方法非常适合于心电信号波形和类似波形数据的压缩。

无损压缩算法描述：

设k为第i个导联当前存储字节数，m_i(k)为第i导联第k个字节中存储的数值

X_i(n)为第i个导联的第n个输入值，Y_i(n)为第i导联经系统输出的第n个值

对于12导联心电信号同步采样中的每一通道数据都先经过由附图表示的传输系统

附图中：

12导联的信号X₁，X₂，…，X₁₁，X₁₂为系统的输入，Y₁，Y₂，…，Y₁₁，Y₁₂为系统的输出。

H(z)为系统的传输函数，其z变换表达式如下：

$H\left(z\right)=\frac{1}{1-z^{-1}}$

对第i个导联X_i的输出Y_i，当Y_i的值满足下面三个条件中的某一个时，采用相应的方法进行压缩：

1)当输出Y_i(n)＝0时，采用无损压缩方法1。

2)当输出-8≤Y_i(n)≤7且Y_i(n)≠0时，采用无损压缩方法2。

3)当输出Y_i(n)为其它值时，m_i(k+1)＝X_i(n)。

无损压缩方法1：判断Y_i(n)序列中Y_i(n-1)的值：

1)当Y_i(n-1)＝0时，m_i(k)_new＝m_i(k)_old+1

2)Y_i(n-1)为其它值时，m_i(k+1)＝2

无损压缩方法2：判断Y_i(n)序列中Y_i(n-1)的值：

(1)0≥Y_i(n-1)或Y_i(n-1)＞7时，m_i(k+1)＝Y_i(n)

(2)Y_i(n-1)为其它值时，m_i(k)_new＝m_i(k)_old*128+Y_i(n)

本发明方法适用于由单片机及8位AD转换器组成的实时心电数据采集系统，能够以简洁高效的方法将采集到的数据进行无损压缩后存入存储器中，本发明方法还可应用在12导联或多导联HOLTER的心电信号采集记录中，应用在其它便携式和手持式的心电信号采集装置中。

附图说明

附图为本发明方法传输系统示意图。

具体实施方式

在使用低功耗的、处理速度低及内部RAM资源少的单片机进行12导联心电图同步高精度采集时实时进行无损压缩(多导联HOLTER系统或手持多导联心电采集装置)，再记录到存储器中。

本发明中的无损压缩方法1对于心电图的基线可实现很高的压缩比，而无损压缩方法2适合压缩T波、P波及带有低频干扰的基线等变化比较缓慢的信号，而对于QRS波群和强干扰等突变信号的压缩不是很显著。这两种无损压缩方法相结合可使心电信号的压缩获得比较理想的无损压缩比。使用这两种压缩方法结果表明：在4MHz系统时钟下单片机以512点/秒的采样频率处理8个通道的AD数据，其压缩比为3-3.5倍。随着目前存储器容量的发展，不需要进行较大压缩比的有损压缩，运算和实施复杂的其他无损压缩方法也对单片机的运算速度、RAM资源等要求高，使用本简便易行的心电数据无损压缩方法，将心电采样的数据实时无损压缩到原来的三分之一左右再存储，已经完全满足实际使用的需求。

Claims (1)

1、一种12导联心电图实时采集中无损压缩的方法，其特征是，在处理速度低及内部RAM资源少和低功耗的单片机上实现12导联或多导联心电图高精度同步实时采集时的心电数据的无损压缩，对于12导联心电信号同步采样中的每一通道数据都先经过由 $H\left(z\right)=\frac{1}{1-z^{-1}}$ 式所表示的传输特性的系统，然后针对输出结果的不同，采用不同的方法进行压缩：

1)当输出值Y_i(n)满足：Y_i(n)＝0时，采用无损压缩方法1；

2)当输出值Y_i(n)满足：-8≤Y_i(n)≤7且Y_i(n)≠0时，采用无损压缩方法2；

3)当输出值Y_i(n)为其它值时，不进行压缩；

其中：Y_i(n)为第i个导联经传输特性的系统的第n个输出值；

i为导联数，i＝1……12；

n为自然数，n＝1……n；

无损压缩方法1和2：

设K为第i个导联当前存储的字节数，m_i(K)为第i个导联第K个字节中存储的数值，

(1)无损压缩方法1：判断Y_i(n)序列中Y_i(n-1)的值：

a)当Y_i(n-1)＝0时，m_i(K)_new＝m_i(K)_old+1；

b)当Y_i(n-1)为其它值时，m_i(K+1)＝2；

(2)无损压缩方法2：判断Y_i(n)序列中Y_i(n-1)的值：

c)当Y_i(n-1)≤0或Y_i(n-1)＞7时，m_i(K+1)＝Y_i(n)；

d)当Y_i(n-1)为其它值时，m_i(K)_new＝m_i(K)_old*128+Y_i(n)；

其中：m_i(K)_new为第i个导联第K个字节中新存储的数值；

      m_i(K)_old为第i个导联第K个字节中已存储的数值。