專利名稱：Holter系統(tǒng)的無損數(shù)據(jù)壓縮方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及Holter系統(tǒng)中無損壓縮存儲心電信號波形的方法及相關(guān)裝置。
24小時數(shù)字連續(xù)記錄式Holter系統(tǒng)中用于記錄體表心電信號的記錄器由病人隨身攜帶，由于記錄器體積要盡可能小，所采用處理器(CPU)的處理能力和存儲器的容量都受到嚴(yán)格限制。由于受存儲器容量的限制，目前大多數(shù)數(shù)字式Holter系統(tǒng)均采用不同的有損數(shù)據(jù)壓縮方法，由于一般處理器(CPU)的性能較弱，為保證數(shù)據(jù)壓縮的實時性，壓縮算法一般為可快速實現(xiàn)的時域直接壓縮法。時域直接壓縮法是建立在直接分析原始數(shù)據(jù)的冗?；A(chǔ)上，把數(shù)據(jù)點分為保留點和冗裕點，通過剔除冗裕點達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。在數(shù)據(jù)重構(gòu)時一般用折線重構(gòu)，得到的波形生硬，嚴(yán)重影響了其臨床應(yīng)用價值；此外很難同時保證高的數(shù)據(jù)壓縮率和高的信息保真度，不具有保留心室晚電位這樣的高頻低幅信息的能力，且對高頻干擾十分敏感。
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種采用可完全重構(gòu)整--整濾波器組對心電信號實現(xiàn)高效無損數(shù)據(jù)壓縮并用統(tǒng)計分析技術(shù)對心電信號和起搏信號同時編碼存儲的方法，并用該方法開發(fā)具有更高性能的Holter產(chǎn)品。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的起搏信號放大電路電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的起搏脈沖檢測電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的兩通道可完全重構(gòu)濾波器組結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理作詳細(xì)說明。
參見圖1，本發(fā)明的裝置包括一個心電信號放大電路(1)、一個起搏信號放大電路(2)、一個起搏脈沖檢測電路(3)、一個A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、一個CPU(5)、和一個存儲電路(6)。由體表測到的體表信號同時輸入心電信號放大電路(1)和起搏信號放大電路(2)，心電信號放大電路(1)和起搏信號放大電路(2)的輸出分別送入A/D轉(zhuǎn)換電路(4)，同時起搏信號放大電路(2)的輸出送入起搏脈沖檢測電路(3)作為其輸入，起搏脈沖檢測電路(3)的輸出送入CPU(5)作為CPU(5)的一中斷信號，A/D轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出與CPU(5)的總線相連，CPU(5)的總線同時也與存儲電路(6)相連。
參見圖2，本發(fā)明的起搏信號放大電路(2)包括由A1、R1、R2、R3、R4、C1、C2組成的二階高通濾波放大器，體表信號輸入該二階高通濾波放大器，其輸出送入由A2、R5、R6、R7、R8、C3、C4組成的二階低通濾波放大器，該二階低通濾波放大器的輸出送入A／D轉(zhuǎn)換電路(4)。
參見圖3，本發(fā)明的起搏脈沖檢測電路(3)包括由A3、R9、R10、R11、C5、C6組成的帶通濾波器，其輸出分別接到二極管D2的陽極和由A4、R15、R16組成的反相器的輸入端，該反相器的輸出接到二極管D1的陽極，D1的陰極和D2的陰極相連并接到IC1比較器的IN+端，IC1、R12、R13、R14組成起搏脈沖檢測比較器，IC1比較器的的OUT端與CPU(5)的一中斷輸入相連。
參見圖4，本發(fā)明的兩通道可完全重構(gòu)濾波器組結(jié)構(gòu)示意圖中H0和H1稱為分析濾波器，F(xiàn)0和H1稱為綜合濾波器。輸入信號經(jīng)H0和H1分解后進行無損壓縮存儲，重構(gòu)算法用F0和H1對無損壓縮存儲的數(shù)據(jù)進行完全重構(gòu)。
本發(fā)明用于實現(xiàn)無損數(shù)據(jù)壓縮及對心電信號和起搏信號同時編碼存儲的方法為由體表檢測到的體表信號包含心電信號和起搏信號，心電信號放大電路(1)的頻帶為0.03--200Hz，起搏信號放大電路(2)的頻帶為300--10000Hz。體表信號通過心電信號放大電路(1)后得到心電信號，體表信號通過起搏信號放大電路(2)后得到起搏信號，起搏脈沖檢測電路(3)檢測起搏信號并向CPU(5)實時發(fā)送中斷信號，從而啟動對起搏信號的采樣。
在圖4中H0、H1、F0、F1應(yīng)滿足公式(A)F0(z)=H1(-z)和F1(z)=-H0(-z)。(A) 公式(B)對應(yīng)的整--整映射公式為(C)。 其中a2m+1為輸入信號，a2m和b2m分別是分解得到的低頻和高頻輸出信號，b′2m是計算過程中的中間變量， 代表不超過x的最大整數(shù)。通過此映射可把原始輸入信號a2m+1分解為長度分別為一半的高頻信號b2m和低頻信號a2m。
采樣得到的心電信號數(shù)據(jù)用公式(C)對應(yīng)的整--整小波變換進行分解。采用多分辨分析技術(shù)，對分解后的低頻信號a2m用同樣的過程在不同的尺度2m+1(-M≤m≤-1，M為欲分解的最大級數(shù))進行分解，即可把原始信號分解為一組在不同頻帶上的頻率分量。
對上述分解得到的一組在不同頻帶上的頻率分量和起搏數(shù)據(jù)用表1所示的編碼方案進行編碼存儲，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無損壓縮。
表1編碼方案
與上述分解過程完全相同，用公式(D)可完全重構(gòu)原始波形。
本發(fā)明的實施例為開發(fā)500Hz心電信號采樣率和50kHz起搏信號采樣率的Holter系統(tǒng)。由體表檢測到的體表信號通過心電信號放大電路(1)后得到心電信號，用500Hz采樣率體實時采樣該心電信號體表信號通過起搏信號放大電路(2)后得到起搏信號，起搏脈沖檢測電路(3)檢測起搏信號并向CPU(5)實時發(fā)送中斷信號，當(dāng)檢測到起搏脈沖是啟動CPU對起搏信號以50kHz的采樣率實時采樣該起搏信號1ms。把采樣得到的心電信號按每段2048個采樣點進行分段，然后對每段用上述無損壓縮和編碼方法對心電信號和起搏信號進行同時實時壓縮編碼存儲，從而完成對心電信號和起搏信號24小時的同時無損記錄。記錄完成后把記錄到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，從而實現(xiàn)24小時的心律失常分析、ST段分析、QT分析、心率變異性分析、起搏心電圖分析、和心室晚電位動態(tài)分析。
本發(fā)明提出的Holter系統(tǒng)的無損數(shù)據(jù)壓縮方法可不丟失任何采樣得到的原始數(shù)據(jù)，編碼方法可同時編碼存儲心電數(shù)據(jù)和起搏數(shù)據(jù)。該方法由于采用整--整影射技術(shù)避免了浮點運算問題，僅需要加、減和移位運算，可快速實現(xiàn)，特別適合開發(fā)高性能的Holter系統(tǒng)。用本發(fā)明提出的思想采用其它可完全重構(gòu)整--整濾波器組和修改相應(yīng)的編碼方案可推廣到其它生物醫(yī)學(xué)信號的無損壓縮存儲甚至其他學(xué)科的無損數(shù)據(jù)壓縮。
權(quán)利要求
1．Holter系統(tǒng)的無損數(shù)據(jù)壓縮方法，由體表檢測到的體表信號包含心電信號和起搏信號，體表信號通過心電信號放大電路(1)后得到心電信號，體表信號通過起搏信號放大電路(2)后得到起搏信號，起搏脈沖檢測電路(3)檢測起搏信號并向CPU(5)實時發(fā)送中斷信號，從而啟動對起搏信號的采樣，接著將采樣得到的心電信號數(shù)據(jù)用公式(C)對應(yīng)的整--整小波變換進行分解，然后對上述分解得到的一組在不同頻帶上的頻率分量和起搏數(shù)據(jù)進行編碼存儲，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無損壓縮。
2．實施權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括一個心電信號放大電路(1)、一個起搏信號放大電路(2)、一個起搏脈沖檢測電路(3)、一個A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、一個CPU(5)、和一個存儲電路(6)，其特征在于，由體表測到的體表信號同時輸入心電信號放大電路(1)和起搏信號放大電路(2)，心電信號放大電路(1)和起搏信號放大電路(2)的輸出分別送入A/D轉(zhuǎn)換電路(4)，同時起搏信號放大電路(2)的輸出送入起搏脈沖檢測電路(3)作為其輸入，起搏脈沖檢測電路(3)的輸出送入CPU(5)作為CPU(5)的一中斷信號，A/D轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出與CPU(5)的總線相連，CPU(5)的總線同時也與存儲電路(6)相連。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所說的起搏信號放大電路(2)包括由A1、R1、R2、R3、R4、C1、C2組成的二階高通濾波放大器，體表信號輸入該二階高通濾波放大器，其輸出送入由A2、R5、R6、R7、R8、C3、C4組成的二階低通濾波放大器，該二階低通濾波放大器的輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路(4)。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所說的起搏脈沖檢測電路(3)包括由A3、R9、R10、R11、C5、C6組成的帶通濾波器，其輸出分別接到二極管D2的陽極和由A4、R15、R16組成的反相器的輸入端，該反相器的輸出接到二極管D1的陽極，D1的陰極和D2的陰極相連并接到IC1比較器的IN+端，IC1、R12、R13、R14組成QRS復(fù)合波檢測比較器，IC1比較器的的OUT端與CPU(5)的一中斷輸入相連。
全文摘要
Holter系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮方法及其裝置,用可完全重構(gòu)整——整濾波器組及其多分辨分析技術(shù)對心電信號進行多尺度分解,由統(tǒng)計分析的觀點出發(fā)提出了一種變長優(yōu)化編碼方案,由起搏脈沖檢測電路(3)啟動起搏信號采樣,用提出的變長優(yōu)化編碼方案同時對起搏信號和多尺度分解后的心電信號進行編碼存儲,然后再將記錄到的編碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。
文檔編號A61B5/0402GK1286959SQ0011378
公開日2001年3月14日 申請日期2000年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月11日
發(fā)明者閻相國, 鄭崇勛, 伍曉宇, 劉峰 申請人:西安交通大學(xué)