& !"#& %’’( 年 ) 月 第 %! 卷第 ( 期 中国医学物理学杂志 B’#.(-( C*D1.0E *2 5(/#)0E F’=-#)- *+,-.%’’( /0,"%!" 10"( 56&7869 心率失常数据库的识读及应用 宋喜国 !! 邓亲恺 " !!"南方医科大学 珠江医院" 广东 广州 #!$%&%# %"南方医科大学 医工系" 广东 广州 #!’#!#$ 摘要! 本文对美国 #$%&’$( 心率失常数据库的数据文件的格式进行了研究 !提出的识读方法可使使用该数据库数据的 研究人员能绕过其工具包而灵活地使用这些数据" 本文还以其中一段数据记录为例进行了说明" 关键词! 心率失常# 数据库# #$%&’$( 中图分类号! )*!+,-. 文章编号! !--+&"-"01"--23-2&-"*-&-* 文献标识码! / :; 3’( "*1+03 *2 56&7869 <11’=3’+#0 >03040-( 4567 08&9:;!< =>67 ?8@&AB8" !"#$%&’()*+ ,-./(0)12 3-&0% 456(7)1 8*(95:.(0;2 <&)*+=%-& <&)*+6-*+ >"?@A@2 B%(*)C @DE5/):0F5*0 -G H4I2 3-&0% 456(7)1 8*(95:.(0;2 <&)*+=%-& <&)*+6-*+ >"?>">2 B%(*)J <4-310)3? $@ CD8E FBFGH< CDG I8JG I;HKBC ;I CDG LBCB 8@ #$%&’$( BHHDMCDK8B LBCBNBEG 8E 8@CH;L:OGL CDH;:9D B@BJME8E8@9 B EG9KG@C ;I HGO;HLE 8@ CDG LBCBNBEG, %D8E P;:JL KBAG 8C GBE8GH C; :EG CDGEG LBCB I;H CDG HGEGBHODGH PD; :EG CDG LBCBNBEG, @(= A*1/-? BHHDMCDK8BQ LBCBNBEGQ #$%&’$( 前 言 目前国际上公认的可作为标准的心电数据库有三个"分别 是美国麻省理工学院提供的 #$%&’$( 数据库% 美国心 脏 学 会 的 /(/ 数据库及欧洲 4%&% 心电数据库& 其中 #$%&’$( 数据 库近年来应用比较广泛" 为我国的心电医学工程界所重视 "近 几年该数据库的所有者也将越来越多的数据放到了互联网上 " 免 费 供 给 大 家 使 用 " 为 广 大 心 电 数 据 研 究 者 提 供 了 有 力 的 工 具& 该数据库中的数据是通过将录制在磁带上的模拟信号进行 模数 !/ R =’转换后的数字信号 "在存贮时为了减少文件 长 度 节 省 存 贮 空 间 "使 用 了 自 定 义 的 格 式 "无 法 通 过 通 用 的 方 式 去 读 取数据"因此在网站上提供数据的同时也提供了一些工具软件 及库函数"使用这些工具或库函数就可以读取所有的数据 & 但 是"若在我们每次利用这些数据时都要调用其提供的工具软件 或库函数"不仅会增加工作量"而且会大大增加程序的复杂度 % 使用也不灵活"如果我们能够识别数据文件的格式直接读出数 据" 就可以非常方便灵活地使用这些数据了 & 本文将以 #$%& ’$( 心 率 失 常 数 据 库 中 的 数 据 记 录 !-- 为 例 介 绍 该 数 据 库 的 数据文件的识读方法及应用& ! 文件识读 心率失常数据库由 2S 个经过注解的记录组成"其中 !" 个 记录的全部数据都可以从互联网上下载 "每一个记录时间约为 *- 分 钟 "由 两 路 导 联 信 号 组 成 "信 号 的 采 样 率 为 *.- (T"/ R = 分辨率为 !! ’8C& 如图 ! 所示"每一数据库记录包含三个文件" 分 别 是 头 文 件 !扩 展 名 为,DGB’%数 据 文 件 !扩 展 名 为,LBC’%注 释 文件 !扩展名为,BCH’& 头文件详细说明了与它 关 联 的 数 据 文 件 的 名 字 及 其 属 性 "存 储 方 式 为 /4U$$ 码 字 符 #数 据 文 件 是 以 自 定义的格式按二进制存储的信号原始数据 "该文件所用的数据 格式在头文件中已经进行了说明"比如心率失常数据库的数据 都是以 ("!")的格式 *即每一个 !! ’8C 的数占 !" ’8C 空 间 "且 数 与 数 紧 凑 相 连 排 列 $进 行 存 储 的 #注 释 文 件 是 记 录 心 电 诊 断 专 家对信号分析的结果"主要包括心跳 %节律和信号质量等"以二 进制存储 "格 式 有 #$% 和 /(/ 两 种 & 比 如 记 录 !-- 包 含 三 个 文 件 "分 别 是 头 文 件 !--,DGB%数 据 文 件 !--,LBC%注 释 文 件 !--, BCH& 图 ! 数据库记录的组成框图 "#$%! &’( )*+,*-#.$ /#0$10+ *2 /03040-( 1()*1/#.$ 收稿日期!"--2&-"&!" 基 金 项 目 !广 东 省 重 点 科 技 计 划 项 目 (社 区 无 线 医 疗 监 护 系 统 的 研 究 开发) 作者简介!宋喜国 *!VW*&$"男"硕士研究生 "研究方向为微弱 生 理 信 号 的检测与处理& 通讯作者!邓亲恺"电话+-"-&S+!2S"WV">&KB8J+=?X--!YI8KK:,O;K& !%! 头文件的识读 头文件的内容是由一行或多行 /4U$$ 码字符组成"并且至 少 包 含 一 个 记 录 行 "通 常 还 有 信 号 技 术 规 范 行 %片 段 技 术 规 范 行*对于多片段数据记录$和信息注释行& 

中国医学物理学杂志 第 ,& 卷 第 3 期 ,’’3 年 M 月 P !"# P 记录行中从左到右依次记录了信号的名称!片段数 "可选# 对 多 片 段 记 录 #且 与 名 称 之 间 以 $ ! %分 隔 &!信 号 数 量 !采 样 频 率 !计 数 频 率 "可 选 &!计 数 基 值 "可 选 #与 计 数 频 率 配 合 使 用 且 以圆括号而非空格分隔&! 每信号采样数! 采样开始时间 "可 选&!采样开始日期"可选&#这些字段之间除前面指明的之外都 是以空格分隔’ 紧跟记录行的是信号技术规范行#该行主要包含了存储信 号 的 文 件 名 !存 储 格 式 !"#$ 增 益 !基 线 值 !"#$ 分 辨 率 !"#$ 零值!信号初始值等字段’ 片 段 技 术 规 范 行 主 要 包 括 记 录 名 称 和 每 信 号 的 采 样 数 两 个字段#该行只有在多片段记录的头文件中才有’ 信息注释行一般在文件的最后#每行的开头以(%%开始 #内 容一般是说明患者的简单情况’ 下 面 以 记 录 &’’ 的 头 文 件 &’’()*+ 为 例 说 明 #文 件 的 内 容 如下) &’’ , -.’ ./’’’’ ’0’0’ ’ ! ’ ! ’ &’’(1+2 ,&, ,’’ && &’,3 44/ 5,,&-& ’ 6788 &’’(1+2 ,&, ,’’ && &’,3 &’&& ,’’/, ’ 9/ : .4 6 &’;/ &.,4 <& % "=1>?*2@ 8A1*B+= 该头文件的第一行为记录行# 指出该记录为一包含两个采 样率为 -.’ CD 的信号# 每一信号的长度为 ./ 万个采样点 #采 样开始时间和日期没有记录’ 后面紧跟的两行为信号技术规范 说 明 行 #从 中 可 以 看 出 #两 个 信 号 都 包 含 在 文 件 &’’E1+2 中 #每 一信号都是以 &, 位的位压缩格式"即(,&,%格式&进行存储的 # 两 个 信 号 的 增 益 都 是 每 ,’’"#$ FAG2H ! ?9#"#$ 的 分 辨 率 为 && 位#"#$ 零值 为 &’,3#在 这 里 基 线 值 没 有 明 确 给 出 #但 可 以 认为它等于 "#$ 零值 &’,3’ 两个信号的第一采样点的值分别 为 44/ 和 &’&& "可 以 看 出 这 他 们 都 略 低 于 ’ 9&#./ 万 个 采 样 点的校验数分别为5,,&-& 和 ,’’/,#输入输出可以以任何尺寸 的块来执行# 因为文件内容说明了这两 个 信 号 的 该 值 都 为 ’# 信号 描 述 字 段 说 明 了 这 两 个 信 号 分 别 采 自 6788 导 联 和 9/ 导 联’ 文件的最后两行包含了注释字符串 #其中第一行说明了患 者 的 性 别 和 年 龄 以 及 记 录 数 据 # 第 二 行 列 出 了 患 者 的 用 药 情 况’ !"# 数据文件的识读 68I5J8C 数 据 库 中 的 数 据 存 储 格 式 有 K>B?+2 ;!K>B?+2 &.!K>B?+2 ;’!K>B?+2 ,&,!K>B?+2 -&’ 等 ; 种 #具 体 到 某 一 数 据 文件的存储格式已在相应的头文件中说明 #在每一种格式中都 是 将 来 自 两 个 或 多 个 信 号 采 样 得 到 的 数 据 交 替 存 储 ’ 限 于 篇 幅 # 在 这 里 我 们 仅 介 绍 心 率 失 常 数 据 库 数 据 文 件 应 用 最 多 的 K>B?+2 ,&, 格式的存储方法’ 格 式 ,&, 是 针 对 两 个 信 号 的 数 据 库 记 录 #这 两 个 信 号 "为 了 方 便 起 见 #我 们 设 定 为 信 号 ’ 和 信 号 &&的 采 样 数 据 进 行 交 替 存 储 #每 三 个 字 节 存 储 两 个 数 据 #这 两 个 数 据 分 别 采 样 自 信 号 ’ 和 信 号 &#信 号 ’ 的 采 样 数 据 取 自 第 一 字 节 对 "共 &. 位 & 的最低 &, 位#信号 & 的采样数据由第一字节对的剩余 3 位 "作 为组成信号 & 采样数据的 &, 位的高 3 位& 和下一字节的 ; 位 "作为组成信号 & 采样数据的 &, 位的低 ; 位&共同组成 ’ 两个 信号的所有数据都按照这种方法连续存储’ 依然以记 录 &’’ 的 数 据 文 件 &’’(1+2 为 例 进 行 说 明 ’ 图 , 显示了 &’’(1+2 的十六进制内容的一个片段’ 图 # 数据文件 !%%"&’( 的十六进制显示!片段" )*+"# ,-. &*/01’2 34 &’(’ 4*1. !%%"&’( *5 -.6 7H*O?*A28 按 照 (,&,%的 格 式 #从 第 一 字 节 读 起 #每 三 个 字 节 ",3 位 & 表示两个 值 #第 一 组 为 (L- -- K-%#两 个 值 则 分 别 为 ’<-L- 和 ’<-K-#转 换 为 十 进 制 分 别 为 44/ 和 &’&&#代 表 的 信 号 幅 度 分 别为 3(4M/ ?9 和 /(’// ?9# 这两个值分别是两个信号的第一 采样点#后面依此类推#分别表示了两个信号的采样值’ !"$ 注释文件的识读 注释文件记录了心电专家对相应心电信号的诊断信息 #主 要有两种格式)68I 格式和 "C" 格式’ 68I 格式是一种紧簇型 格 式 #每 一 注 释 的 长 度 占 用 偶 数 个 字 节 的 空 间 #多 数 情 况 下 是 占 用 两 个 字 节 #多 用 于 在 线 的 注 释 文 件 *而 !"! 格 式 的 每 一 注 释占用 &. 个字节的空间#多用于交换文件的情况’ 在这里简要 说明一下 常 用 的 68I 格 式 的 存 储 方 式 # 每 一 注 释 单 元 的 前 两 个 字 节 的 第 一 个 字 节 为 最 低 有 效 位 #&. 位 中 的 最 高 . 位 表 示 了 注 释 类 型 代 码 "具 体 代 码 的 含 义 本 文 略 # 参 见 其 工 具 包 中 *NON>1*HE)&# 剩余的 &’ 位说明了该注 释 点 的 发 生 时 间 或 为 辅 助 信 息 #若 为 发 生 时 间 #其 值 为 该 注 释 点 到 前 一 注 释 点 的 间 隔 "对于第一个注释点为从记录的开始到该点的间隔 &#若为辅助 信息则说明了附加信息的长度’ 这两种格式的在文件中的区分决定于前两个字节的值 #判 断是 68I 格式还 是 "C" 格 式 的 条 件 是 )若 文 件 的 第 一 字 节 不 为 ’ 或 第 二 字 节 等 于 (#%"’