专利名称：Holter系统的无损数据压缩方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于医疗仪器技术领域，更进一步涉及Holter系统中无损压缩存储心电信号波形的方法及相关装置。
24小时数字连续记录式Holter系统中用于记录体表心电信号的记录器由病人随身携带，由于记录器体积要尽可能小，所采用处理器(CPU)的处理能力和存储器的容量都受到严格限制。由于受存储器容量的限制，目前大多数数字式Holter系统均采用不同的有损数据压缩方法，由于一般处理器(CPU)的性能较弱，为保证数据压缩的实时性，压缩算法一般为可快速实现的时域直接压缩法。时域直接压缩法是建立在直接分析原始数据的冗裕基础上，把数据点分为保留点和冗裕点，通过剔除冗裕点达到数据压缩的目的。在数据重构时一般用折线重构，得到的波形生硬，严重影响了其临床应用价值；此外很难同时保证高的数据压缩率和高的信息保真度，不具有保留心室晚电位这样的高频低幅信息的能力，且对高频干扰十分敏感。
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提出一种采用可完全重构整--整滤波器组对心电信号实现高效无损数据压缩并用统计分析技术对心电信号和起搏信号同时编码存储的方法，并用该方法开发具有更高性能的Holter产品。
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的起搏信号放大电路电路原理图。
图3是本发明的起搏脉冲检测电路原理图。
图4是本发明的两通道可完全重构滤波器组结构示意图。
下面结合附图对本发明的原理作详细说明。
参见图1，本发明的装置包括一个心电信号放大电路(1)、一个起搏信号放大电路(2)、一个起搏脉冲检测电路(3)、一个A/D转换电路(4)、一个CPU(5)、和一个存储电路(6)。由体表测到的体表信号同时输入心电信号放大电路(1)和起搏信号放大电路(2)，心电信号放大电路(1)和起搏信号放大电路(2)的输出分别送入A/D转换电路(4)，同时起搏信号放大电路(2)的输出送入起搏脉冲检测电路(3)作为其输入，起搏脉冲检测电路(3)的输出送入CPU(5)作为CPU(5)的一中断信号，A/D转换电路(4)的输出与CPU(5)的总线相连，CPU(5)的总线同时也与存储电路(6)相连。
参见图2，本发明的起搏信号放大电路(2)包括由A1、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的二阶高通滤波放大器，体表信号输入该二阶高通滤波放大器，其输出送入由A2、R5、R6、R7、R8、C3、C4组成的二阶低通滤波放大器，该二阶低通滤波放大器的输出送入A／D转换电路(4)。
参见图3，本发明的起搏脉冲检测电路(3)包括由A3、R9、R10、R11、C5、C6组成的带通滤波器，其输出分别接到二极管D2的阳极和由A4、R15、R16组成的反相器的输入端，该反相器的输出接到二极管D1的阳极，D1的阴极和D2的阴极相连并接到IC1比较器的IN+端，IC1、R12、R13、R14组成起搏脉冲检测比较器，IC1比较器的的OUT端与CPU(5)的一中断输入相连。
参见图4，本发明的两通道可完全重构滤波器组结构示意图中H0和H1称为分析滤波器，F0和H1称为综合滤波器。输入信号经H0和H1分解后进行无损压缩存储，重构算法用F0和H1对无损压缩存储的数据进行完全重构。
本发明用于实现无损数据压缩及对心电信号和起搏信号同时编码存储的方法为由体表检测到的体表信号包含心电信号和起搏信号，心电信号放大电路(1)的频带为0.03--200Hz，起搏信号放大电路(2)的频带为300--10000Hz。体表信号通过心电信号放大电路(1)后得到心电信号，体表信号通过起搏信号放大电路(2)后得到起搏信号，起搏脉冲检测电路(3)检测起搏信号并向CPU(5)实时发送中断信号，从而启动对起搏信号的采样。
在图4中H0、H1、F0、F1应满足公式(A)F0(z)=H1(-z)和F1(z)=-H0(-z)。(A) 公式(B)对应的整--整映射公式为(C)。 其中a2m+1为输入信号，a2m和b2m分别是分解得到的低频和高频输出信号，b′2m是计算过程中的中间变量， 代表不超过x的最大整数。通过此映射可把原始输入信号a2m+1分解为长度分别为一半的高频信号b2m和低频信号a2m。
采样得到的心电信号数据用公式(C)对应的整--整小波变换进行分解。采用多分辨分析技术，对分解后的低频信号a2m用同样的过程在不同的尺度2m+1(-M≤m≤-1，M为欲分解的最大级数)进行分解，即可把原始信号分解为一组在不同频带上的频率分量。
对上述分解得到的一组在不同频带上的频率分量和起搏数据用表1所示的编码方案进行编码存储，从而实现数据的无损压缩。
表1编码方案
与上述分解过程完全相同，用公式(D)可完全重构原始波形。
本发明的实施例为开发500Hz心电信号采样率和50kHz起搏信号采样率的Holter系统。由体表检测到的体表信号通过心电信号放大电路(1)后得到心电信号，用500Hz采样率体实时采样该心电信号体表信号通过起搏信号放大电路(2)后得到起搏信号，起搏脉冲检测电路(3)检测起搏信号并向CPU(5)实时发送中断信号，当检测到起搏脉冲是启动CPU对起搏信号以50kHz的采样率实时采样该起搏信号1ms。把采样得到的心电信号按每段2048个采样点进行分段，然后对每段用上述无损压缩和编码方法对心电信号和起搏信号进行同时实时压缩编码存储，从而完成对心电信号和起搏信号24小时的同时无损记录。记录完成后把记录到的数据传输到计算机，从而实现24小时的心律失常分析、ST段分析、QT分析、心率变异性分析、起搏心电图分析、和心室晚电位动态分析。
本发明提出的Holter系统的无损数据压缩方法可不丢失任何采样得到的原始数据，编码方法可同时编码存储心电数据和起搏数据。该方法由于采用整--整影射技术避免了浮点运算问题，仅需要加、减和移位运算，可快速实现，特别适合开发高性能的Holter系统。用本发明提出的思想采用其它可完全重构整--整滤波器组和修改相应的编码方案可推广到其它生物医学信号的无损压缩存储甚至其他学科的无损数据压缩。
权利要求
1．Holter系统的无损数据压缩方法，由体表检测到的体表信号包含心电信号和起搏信号，体表信号通过心电信号放大电路(1)后得到心电信号，体表信号通过起搏信号放大电路(2)后得到起搏信号，起搏脉冲检测电路(3)检测起搏信号并向CPU(5)实时发送中断信号，从而启动对起搏信号的采样，接着将采样得到的心电信号数据用公式(C)对应的整--整小波变换进行分解，然后对上述分解得到的一组在不同频带上的频率分量和起搏数据进行编码存储，从而实现数据的无损压缩。
2．实施权利要求1所述方法的装置，包括一个心电信号放大电路(1)、一个起搏信号放大电路(2)、一个起搏脉冲检测电路(3)、一个A/D转换电路(4)、一个CPU(5)、和一个存储电路(6)，其特征在于，由体表测到的体表信号同时输入心电信号放大电路(1)和起搏信号放大电路(2)，心电信号放大电路(1)和起搏信号放大电路(2)的输出分别送入A/D转换电路(4)，同时起搏信号放大电路(2)的输出送入起搏脉冲检测电路(3)作为其输入，起搏脉冲检测电路(3)的输出送入CPU(5)作为CPU(5)的一中断信号，A/D转换电路(4)的输出与CPU(5)的总线相连，CPU(5)的总线同时也与存储电路(6)相连。
3．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所说的起搏信号放大电路(2)包括由A1、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的二阶高通滤波放大器，体表信号输入该二阶高通滤波放大器，其输出送入由A2、R5、R6、R7、R8、C3、C4组成的二阶低通滤波放大器，该二阶低通滤波放大器的输出送入A/D转换电路(4)。
4．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所说的起搏脉冲检测电路(3)包括由A3、R9、R10、R11、C5、C6组成的带通滤波器，其输出分别接到二极管D2的阳极和由A4、R15、R16组成的反相器的输入端，该反相器的输出接到二极管D1的阳极，D1的阴极和D2的阴极相连并接到IC1比较器的IN+端，IC1、R12、R13、R14组成QRS复合波检测比较器，IC1比较器的的OUT端与CPU(5)的一中断输入相连。
全文摘要
Holter系统的数据压缩方法及其装置,用可完全重构整——整滤波器组及其多分辨分析技术对心电信号进行多尺度分解,由统计分析的观点出发提出了一种变长优化编码方案,由起搏脉冲检测电路(3)启动起搏信号采样,用提出的变长优化编码方案同时对起搏信号和多尺度分解后的心电信号进行编码存储,然后再将记录到的编码数据传输到计算机。
文档编号A61B5/0402GK1286959SQ0011378
公开日2001年3月14日 申请日期2000年4月11日 优先权日2000年4月11日
发明者阎相国, 郑崇勋, 伍晓宇, 刘峰 申请人:西安交通大学