[发明专利]一种心电信号数据压缩和解码的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械中的一种心电信号数据传输和处理的方法。

背景技术

目前便携式的心电信号采集器大都要求具有实时数据传输功能。特别是BLE蓝牙4.0技术的问世，使得这种数据传输变得更为低功耗传输。然而由于BLE蓝牙4.0传输本身数据吞吐量就比较小，如目前蓝牙4.0的BLE协议实际能实现的数据吞吐量小于5k字节／s，以8通道500Hz16bit采样为例，需要的数据吞吐量为8k字节／s，所以需要压缩后才能实时传输，而且其传输的数据量越大则功耗越大。心电数据压缩后再传输就成了省电的一个比较好的方法。然而由于功耗和价格方面考虑，心电信号采集器大都采用运行速度很低，RAM资源很少的单片机，像huffman算法等常规算法由于单片机资源限制无法实现，又如申请号为CN02144672.5，公开号为1423997A，发明名称为“12导联心电图实时采集中无损压缩的方法”的专利中公开的方法，它虽然宣称能在RAM资源较少的单片机里使用，但是它主要用于8bitAD转换器的数据存储，而目前的心电采集器至少都是12bit采样的，它也不能满足蓝牙4.0的BLE协议实时传输心电信号数据的需求。

发明内容

本发明的目的是克服的上述现有技术缺陷，而提供一种心电信号数据压缩和解码的方法，该方法通过采用简易的压缩心电数据的方法，使得该算法能够在运行速度低，RAM资源较少的单片机上运行，从而使得心电数据能够压缩以后再通过低功耗蓝牙4.0的BLE协议进行传输，最后解码存储供医疗诊断使用。

本发明人经过研究发现，心电信号数据与其它数据比较有下述两个特殊性：

1、心电信号数据的直流分量对用户来说无意义。心电信号数据里包含有直流分量和交流分量，一般来说心电信号采集前端信号放大器要允许心电波形在一定范围内漂移，必然会导致直流分量即数据的绝对值占的比重比较大，而交流分量即数据的相对值对用户才是有价值的。也就是说客户只关心一段时间内心电波形的幅度值，而某一个心电信号波形数据的绝对值对用户来说没有任何意义。所有只要想办法把直流分量去掉就可以达到压缩心电信号数据的目的。

2、心电数据还有一个特殊性，即除了起搏脉冲信号外所有相关标准要求心电信号的幅度最大为6mY，而起搏脉冲信号可以通过硬件或软件的方法将其抑制到6mV以内。所以两个相邻采样点之间的差值不超过±6mV。

根据心电信号数据上述两个特性，本发明设计了一个简易的压缩方法，适用于心电信号采集前端单片机运用较少的RAM资源实现。压缩过程采样两点微分求差值的方法，Yn=Xn-X(n-1)。如此占较大比重的直流分量就被滤掉了。Yn的位数只需要能够表示清楚±6mY即可，而Xn的位数根据相关标准要求至少需要表示清楚±300mV，即能在极化电压下能正常工作，而由于基线的漂移Xn一般表示的范围要求远远大于±300mY。所以Xn至少是Yn的50倍，表示同样的心电信息Yn可以比Xn用更少的位数，如Xn为24bit的AD采样，Yn如果用12bit来表示，则压缩率为50％。解码过程为积分还原过程，Zn=Z(n-1)+Yn，如此Zn又可以回到Xn的状态，与Xn唯一不同的是其直流分量(即基线的位置)不一致。而心电信号数据直流分量对用户来说没有价值，所有Zn和Xn是完全等价的，整个压缩解码过程得以有效工作。

由上述的研究成果可以得出：为了实现上述的发明目的，可以采用以下的技术方案：本方案的心电信号数据压缩和解码的方法是在处理速度低、内部RAM资源少及低功耗的单片机上实现心电信号数据压缩和解码的方法包括以下的步骤：

第一步压缩心电信号数据：

压缩过程采样两点微分求差值的方法，即采用下述的算法：Yn=Xn-X(n-1)；其中，Yn的位数只需要能够表示清楚±6mV即可，而Xn的位数要求至少需要表示清楚±300mV；

第二步传输压缩后的心电信号数据：

通过低功耗蓝牙4.0的BLE协议进行传输压缩后的心电信号数据；

第三步解码：

解码过程为积分还原过程，即采用下述的算法：Zn=Z(n-1)+Yn，如此Zn又可以回到Xn的状态。

上述Xn为1个通道的导联线中没有压缩的原始采样心电信号数据；Yn为上述数据通过两点微分压缩后生成的心电信号数据；Zn为压缩后的心电信号数据通过低功耗蓝牙4.0的BLE协议进行传输并经过积分还原的解码过程还原出的心电信号数据。

本发明的有益效果是：