一种心电数据处理方法、装置、服务器以及可读存储介质与流程

1.本技术涉及数据压缩算法领域，尤其是涉及一种心电数据处理方法。


背景技术：

2.目前，单导联长时程动态心电图是近几年国际上开发的一种无心电图导联线的心电新技术，该种技术可以长时间记录心电信息长达数天、数月甚至更长时间。单导联长时程动态心电图的监测时间长，对不明原因的昏厥、一过性心律失常，发作性心肌缺血的检出率较普通动态心电图更高。单导联长时程动态心电图也具有一定的缺陷，为了达到医用效果，该种心电图每秒需达到220hz的采样率，即每秒至少需要采样220次以上，如果按照每次采集的数据量大小为2byte计算，每秒所采集的数据量至少有440byte，一天的数据量则高达440*60*60*24≈36.3mb，对于穿戴式设备而言，这种数据读写量和数据存储量均处于一个较大的水平，容易导致用于数据采集的穿戴式设备的功耗上升，且需要牺牲更多的空间用于物理存储器的放置。故为了降低设备功耗并降低数据存储量，就需要对原始心电数据进行压缩。
3.相关技术中，常使用传统的哈夫曼算法对数据进行无损压缩，哈夫曼算法是一种基于二叉树构建编码压缩结构的算法，其根据字符文本所出现的频率对字符重新进行编码，并使得频率越高的字符编码越短，以实现对数据进行压缩的目的。通常情况下，哈夫曼算法可以使得心电数据达到50％-70％的压缩率。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为在实际使用的过程中，相关技术中采用传动的哈夫曼算法进行数据量压缩时，往往没有考虑到长时程心电数据的特点，长时程心电数据再一天内的变化较大，例如在睡眠状态下和运动状态下的心电图数据就必然存在较大差异，但是在短时间内，心电数据就呈现出较为相似的状态。连续的心电数据一般包括有p、q、r、s、t五个偏转，其中r偏转一般为图像的最高点，相邻两个r偏转相隔的时间即rr间期常用于反应心律，相邻的rr间期的长度往往非常接近，且两个相邻的rr间期的图像也非常相似，故相邻的rr间期中的数据会存在大量的重合，利用该特点即可实现对心电图数据的进一步压缩。


技术实现要素：

5.为了解决现有对心电数据的压缩率较低的问题，本技术提供一种心电数据处理方法。
6.本技术提供的一种心电数据处理方法采用如下的技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种心电数据处理方法，采用如下的技术方案：
8.一种心电数据处理方法，包括：
9.准备步骤：设置用于数据临时存储的第一存储区域和用于数据长时间存储的第二存储区域；
10.数据采集步骤：通过连接于生物体的采集设备获得心电原始数据并存储；
11.数据处理步骤：对心电原始数据进行rr切片并形成切片数据，取若干切片数据存储于第一存储区域中，对于当前的原始切片数据，从第一存储区域中挑选数据长度最为接近的缓存切片数据，两者相减得到中间切片数据；
12.数据压缩步骤：对中间切片数据进行哈夫曼压缩，得到最终切片数据；
13.数据存储步骤：将最终切片数据存储于第二存储区域中。
14.通过采用上述技术方案，在将原始切片数据和缓存切片数据进行相减操作后，由于心电图数据rr间期之间的图像非常相似，故会得到一批集中于0附近区域的值，即中间切片数据，根据信息熵定理可知，当一批数据等概率分布时，其信息熵最大，反之，当一批数据的分布越集中，其信息熵则越小，即可获得更高的压缩率，故中间切片数据在经过哈夫曼算法压缩后的数据量要小于直接将原始切片数据使用哈夫曼算法进行压缩后的数据量，即可达到进一步降低最终的数据存储量的目的。
15.优选的，还包括有数据解压步骤，该步骤中将最终切片数据进行哈夫曼解压得到中间切片数据，再对应叠加缓存切片数据得到原始切片数据，最终组合得到心电原始数据。
16.通过采用上述技术方案，采用逆向的方式对最终切片数据进行逐个还原，即可根据需要得到部分或完整的原始数据。
17.优选的，准备步骤中，第一存储区域中包括n个存储空间，所述存储空间的初始状态清零，单个存储空间记为sm(m为大于0且小于等于n的自然数)。
18.通过采用上述技术方案，设置多个存储空间，可以将之前所采集的切片数据作为当前所采集的切片数据的比对对象，并大大降低了临时数据所需的存储量。
19.优选的，所述数据处理步骤包括：
20.第一处理步骤：从心电原始数据中依次提取一定时长的心电原始数据，将该段心电原始数据记为ea(a为大于0的自然数)，a随提取次数增加；
21.第二处理步骤：对心电原始数据ea进行rr切片，形成一系列切片数据并编号进行存储，单个切片数据记为pk(k为大于0的自然数)，且所述切片数据pk为一个按序排列的数组，pk的数据长度即为pk中元素的数量；
22.数据比较步骤：提取一个切片数据pk，将pk依次与sm中的数据进行数据长度的比较，记与pk数据长度最接近的sm为q，若有多个满足条件的sm则从中任选一个作为q；
23.第三处理步骤：将pk中每一个元素值减去q中对应的每一个元素值，并将得到的结果有序排列形成新的数列pm。
24.通过采用上述技术方案，pk即为原始切片数据，q为挑选出的数据长度最为接近的缓存切片数据，pm即为中间切片数据。在进行缓存切片数据q的选择时，采用数据长度的差异作为判定指标，这是由于被采集的生物体在特定活动状态下的切片数据会较为相似，这种相似不仅体现于切片数据反映于图像上的起伏程度的相似，也会同时反映于一个切片数据在数据长度上的相似，即数组pk中元素数量的相似。从宏观角度看，即生物体在剧烈运动期间，心跳频率均会加快，而在平静状态下，心跳频率会降低并趋于平稳。故采用数据的长度差异作为判定指标来选择q，可以尽可能的将当前的pk与处于相同状态下的pk进行相减操作，从而获得数据分布更加集中的pm，并且在进行哈夫曼压缩后可获得更高的压缩率，从而进一步降低了最终的数据存储量。
25.优选的，所述数据压缩步骤具体包括：对pm采用哈夫曼算法或哈夫曼改进算法进
行压缩，并将压缩后的数列记为ph并存储至第二存储区域中。
26.优选的，该种心电数据处理方法还包括有缓存更新步骤，将当前所存储的ph所对应的pk存入存储空间sn中，并将sm的数据替换为s
m+1
中的数据，m从1取到m-1，即一共进行n-1次替换。
27.通过采用上述技术方案，在进行数据比较步骤时，可以使得当前存储空间中的数据均保持为当前pk的前一批数据，从而使得各存储空间中所存储的数据始终保持较高的相似程度，而在数据比较步骤中，可以从这些数据中再挑选出一个最相似的数据作为处理用的母数据，即可使得中间切片数据pm的数据分布更加集中，从而进一步提高压缩率。
28.优选的，在第二处理步骤中，对单个切片数据pk的间期长度进行检测，
29.若pk间期长度大于2秒，则判定rr切片失败，并从该pk中提取间期长度为2秒的数据作为新数据替换pk，
30.若pk间期长度小于等于2秒或大于等于0.3秒，则判定rr切片成功，
31.若pk间期长度小于0.3秒，则判定rr切片失败，并以该pk的起点数据作为起点从ea中提取间期长度为2秒的数据作为新数据替换pk。
32.通过采用上述技术方案，可以有效减少无效的rr切片的产生，当判定切片失败而产生无效的rr切片时，由于无效的rr切片往往在数据长度上体现为过短或过长，在进行后续的数据压缩时，往往无法找到合适的q与其进行匹配，则会产生较多无法进一步压缩的数据，从而使得整体数据的压缩量下降。
33.优选的，在第三处理步骤中，对pk的数据长度和q的数据长度进行检测，记pk的数据长度为p
kl
，记q的数据长度为q
l
，
34.若p
kl
＞＞q
l
，则pk中超出q
l
数据长度的部分不作处理，并直接用于组成数列pm，
35.若p
kl
＜q
l
，则在pk中各元素值处理完毕后，立刻停止处理并形成数列pm。
36.通过采用上述技术方案，可以使得最终得到的pm的数据长度与pk的数据长度保持一致，在最大程度上保证了数据的完整性并降低了pm中无效数据的占比。
37.第二方面，本技术提供一种心电数据处理装置，采用如下的技术方案：
38.一种心电数据处理装置，包括：
39.数据存储单元，至少包括有用于数据临时存储的第一存储单元和数据长时间存储的第二存储单元；
40.数据采集单元，包括有采集设备，所述采集设备用于连接于生物体并获得心电原始数据；
41.数据处理单元，对心电原始数据进行切片，得到原始切片数据，并进一步处理得到中间切片数据；
42.数据压缩单元，对中间切片数据进行哈夫曼压缩，得到最终切片数据。
43.第三方面，本技术提供一种心电数据处理服务器，采用如下的技术方案：
44.一种心电数据处理服务器，包括存储器、处理器以及存储在储存器上并可在处理器中运行的计算机程序，其中，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现上述方法的步骤。
45.第四方面，本技术提供一种心电数据处理的可读存储介质，采用如下的技术方案：
46.一种心电数据处理的可读存储介质，该种可读存储介质上存储有计算机程序指
令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
47.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
48.1.通过将当前切片数据与相似的切片数据相减后再进行压缩，能够充分利用长时程心电数据的特点来对心电图数据实现进一步的压缩，从而有效提高数据压缩率，降低存储空间占用，从而在相同的存储总量下存储更多时长的心电图数据。
附图说明
49.图1是本技术实施例1的一种心电数据处理方法的流程示意图。
50.图2是本技术实施例1的一种心电数据处理方法的数据处理示意图。
51.图3是本技术实施例3的一种心电数据处理服务器的流程示意图。
52.附图标记说明，11、总线；12、接收器；13、处理器；14、发送器；15、存储器；16、总线接口。
具体实施方式
53.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
54.实施例1
55.本技术实施例公开一种心电数据处理方法。参照图1-3，该种方法包括：
56.准备步骤：设置用于数据临时存储的第一存储区域和用于数据长时间存储的第二存储区域。准备步骤中，第一存储区域中包括n个存储空间，存储空间的初始状态清零，单个存储空间记为sm(m为大于0且小于等于n的自然数)。
57.数据采集步骤：通过连接于生物体的采集设备获得心电原始数据并存储。
58.数据处理步骤：对心电原始数据进行rr切片并形成切片数据，取若干切片数据存储于第一存储区域中，对于当前的原始切片数据，从第一存储区域中挑选数据长度最为接近的缓存切片数据，两者相减得到中间切片数据。数据处理步骤具体包括第一处理步骤、第二处理步骤、数据比较步骤和第三处理步骤。其中，
59.第一处理步骤：从心电原始数据中依次提取一定时长的心电原始数据，将该段心电原始数据记为ea(a为大于0的自然数)，a随提取次数增加。
60.第二处理步骤：对心电原始数据ea进行rr切片，形成一系列切片数据并编号进行存储，单个切片数据记为pk(k为大于0的自然数)，且切片数据pk为一个按序排列的数组，pk的数据长度即为pk中元素的数量。在第一处理步骤和第二处理步骤之间，还可添加基线漂移滤波处理步骤，通过对原始数据进行基线漂移滤波处理，可以有效对原始数据进行降噪，减少采集过程中多余信号的干扰，从而有效的保持了心电信号的特征形态，提高了信噪比，更加利于后续对原始数据进行rr切片。
61.在第二处理步骤中，对单个切片数据pk的间期长度进行检测，
62.若pk间期长度大于2秒，则判定rr切片失败，并从该pk中提取间期长度为2秒的数据作为新数据替换pk，
63.若pk间期长度小于等于2秒或大于等于0.3秒，则判定rr切片成功，
64.若pk间期长度小于0.3秒，则判定rr切片失败，并以该pk的起点数据作为起点从ea中提取间期长度为2秒的数据作为新数据替换pk。
65.对单个切片数据pk的间期长度进行检测，可以有效减少无效的rr切片的产生，当判定切片失败而产生无效的rr切片时，由于无效的rr切片往往在数据长度上体现为过短或过长，在进行后续的数据压缩时，往往无法找到合适的q与其进行匹配，则会产生较多无法进一步压缩的数据，从而使得整体数据的压缩量下降。
66.数据比较步骤：提取一个切片数据pk，将pk依次与sm中的数据进行数据长度的比较，记与pk数据长度最接近的sm为q，若有多个满足条件的sm则从中任选一个作为q。
67.第三处理步骤：将pk中每一个元素值减去q中对应的每一个元素值，并将得到的结果有序排列形成新的数列pm。
68.在第三处理步骤中，对pk的数据长度和q的数据长度进行检测，记pk的数据长度为p
kl
，记q的数据长度为q
l
，
69.若p
kl
＞＞q
l
，则pk中超出q
l
数据长度的部分不作处理，并直接用于组成数列pm，
70.若p
kl
《q
l
，则在pk中各元素值处理完毕后，立刻停止处理并形成数列pm。
71.对pk的数据长度和q的数据长度进行检测，可以使得最终得到的pm的数据长度与pk的数据长度保持一致，在最大程度上保证了数据的完整性并降低了pm中无效数据的占比。
72.数据压缩步骤：对中间切片数据进行哈夫曼压缩，得到最终切片数据。具体的，对pm采用哈夫曼算法或哈夫曼改进算法进行压缩，并将压缩后的数列记为最终切片数据ph。
73.数据存储步骤：将最终切片数据ph存储于第二存储区域中。
74.缓存更新步骤：将当前所存储的ph所对应的pk存入存储空间sn中，并将sm的数据替换为s
m+1
中的数据，m从1取到n-1，即一共进行n-1次替换。
75.第一循环：依次重复数据比较步骤、第三处理步骤、第四处理步骤和缓存更新步骤，直至将当前ea中的所有切片数据处理为ph后返回至第二处理步骤。
76.第二循环：从第一循环步骤中退出至第二处理步骤后，对新一批心电原始数据ea进行第一循环步骤，直至处理完毕所有的心电原始数据。
77.在将原始切片数据和缓存切片数据进行相减操作后，由于心电图数据rr间期之间的图像非常相似，故会得到一批集中于0附近区域的值，即中间切片数据，根据信息熵定理可知，当一批数据等概率分布时，其信息熵最大，反之，当一批数据的分布越集中，其信息熵则越小，即可获得更高的压缩率，故中间切片数据在经过哈夫曼算法压缩后的数据量要小于直接将原始切片数据使用哈夫曼算法进行压缩后的数据量，即可达到进一步降低最终的数据存储量的目的。
78.设置多个存储空间，可以将之前所采集的切片数据作为当前所采集的切片数据的比对对象，并且存储空间中的数据会随着压缩过程不断更新，大大降低了临时数据所需的存储量。通过设置缓存更新步骤，可以使得当前存储空间中的数据均保持为当前pk的前一批数据，从而使得各存储空间中所存储的数据始终保持较高的相似程度，而在数据比较步骤中，可以从这些数据中再挑选出一个最相似的数据作为处理用的母数据，即可使得pm的数据分布更加集中，从而进一步提高压缩率。
79.在进行q的选择时，采用数据长度的差异作为判定指标，这是由于被采集的生物体在特定活动状态下的切片数据会较为相似，这种相似不仅体现于切片数据反映于图像上的起伏程度的相似，也会同时反映于一个切片数据在数据长度上的相似，即数组pk中元素数量的相似。从宏观角度看，即生物体在剧烈运动期间，心跳频率均会加快，而在平静状态下，
心跳频率会降低并趋于平稳。故采用数据的长度差异作为判定指标来选择q，可以尽可能的将当前的pk与处于相同状态下的pk进行相减操作，从而获得数据分布更加集中的pm，并且在进行哈夫曼压缩后可获得更高的压缩率，从而进一步降低了最终的数据存储量。
80.数据解压步骤，该步骤中将最终切片数据进行哈夫曼解压得到中间切片数据，再对应叠加缓存切片数据得到原始切片数据，最终组合得到心电原始数据。具体的，解压步骤包括：
81.第一解压步骤，对p
h(h＝1)
进行哈夫曼解码，形成第一个心电切片；
82.第二解压步骤，对p
h(h＝2，3，4
……
)
进行哈夫曼解码，得到对应的pm，再根据该pm查询对应的q，两者叠加还原得到对应的pk；
83.第一循环，重复第二解压步骤，直至各pk的间期长度总和达到e1；
84.第二循环，对剩余的ph按照原有顺序进行排列，重复第一解压步骤，随后进行第一循环步骤，直至各pk的间期长度总和达到e
a(a＝2,3,4,
……
)
。
85.采用逆向的方式对切片数据进行逐个还原，并依次实现ea片段的逐个还原，即可根据需要得到部分或完整的原始数据，需注意的是，若ea预先经过基线漂移滤波处理，则数据解压步骤中获得的原始数据也为经过基线漂移滤波处理后的数据。
86.本技术实施例一种心电数据处理方法的实施原理为：通过将当前切片数据与相似的切片数据相减后再进行压缩，能够充分利用长时程心电数据的特点来对心电图数据实现进一步的压缩，从而有效提高数据压缩率，降低存储空间占用，从而在相同的存储总量下存储更多时长的心电图数据。
87.通过对压缩算法进行改进后，跟踪统计120位心脏健康的使用者的24小时心电数据，与传统的纯哈夫曼压缩算法相比，压缩率提高15％，续航时间提升21％；
88.跟踪统计120位患有心率失常的使用者的24小时心电数据，与传统的纯哈夫曼压缩算法相比，压缩率提高11％，续航时间提升13％。
89.所以通过使用该种改良的数据处理方法，节省了存储空间、传输数据量和电池功耗，增加了设备整体续航能力。
90.实施例2
91.基于前述实施例1中的一种心电数据处理方法同样的发明构思，本发明还提供一种心电数据处理装置，包括：
92.数据存储单元，至少包括有用于数据临时存储的第一存储单元和数据长时间存储的第二存储单元；
93.数据采集单元，包括有采集设备，采集设备用于连接于生物体并获得心电原始数据；
94.数据处理单元，对心电原始数据进行切片，得到原始切片数据，并进一步处理得到中间切片数据；
95.数据压缩单元，对中间切片数据进行哈夫曼压缩，得到最终切片数据。
96.实施例3
97.基于前述实施例1中的一种心电数据处理方法同样的发明构思，本发明还提供一种心电数据处理服务器，如图3所示，包括存储器15、处理器13以及存储在存储器15上并可在处理器13上运行的计算机程序，其中，处理器13用于执行计算机程序以实现前文一种心
电数据处理方法中的任一步骤。
98.其中，在图3中，总线11架构(用总线11来代表)，总线11可以包括任意数量的互联的总线11和桥，总线11将包括由处理器13代表的一个或多个处理器13和存储器15代表的存储器15的各种电路链接在一起。总线11还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线11接口在总线11和接收器12和发送器14之间提供接口。接收器12和发送器14可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其它装置通信的单元。
99.处理器13负责管理总线11和通常的处理，而存储器15可以被用于存储处理器13在执行操作时所使用的数据。
100.实施例4
101.基于前述实施例1中的一种心电数据处理方法同样的发明构思，本发明还提供一种心电数据处理的可读存储介质，该种可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现前文一种心电数据处理方法中的任一步骤。
102.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。