MIT-BIH 心率失常数据库的识读及应用


图 ! 数据库记录的组成框图 "#$%! &’( )*+,*-#.$ /#0$10+ *2 /03040-( 1()*1/#.$ 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! )*!+,-. 文献标识码! / 文章编号! !--+&"-"01"--23-2&-"*-&-* :; 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$$ 码字符#数据文件是以自 定义的格式按二进制存储的信号原始数据"该文件所用的数据 格式在头文件中已经进行了说明"比如心率失常数据库的数据 都是以("!")的格式*即每一个 !! ’8C 的数占 !" ’8C 空间"且数 与数紧凑相连排列$进行存储的#注释文件是记录心电诊断专 家对信号分析的结果"主要包括心跳%节律和信号质量等"以二 进制存储"格式有 #$% 和 /(/ 两种& 比如记录 !-- 包含三个 文件"分别是头文件 !--,DGB%数据文件 !--,LBC%注释文件 !--, BCH& !%! 头文件的识读 头文件的内容是由一行或多行 /4U$$ 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$和信息注释行& 收稿日期!"--2&-"&!" 基金项目!广东省重点科技计划项目(社区无线医疗监护系统的研究 开发) 作者简介!宋喜国*!VW*&$"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& %’’( 年 ) 月 中国医学物理学杂志 *+,-.%’’( 第 %! 卷第 ( 期 B’#.(-( C*D1.0E *2 5(/#)0E F’=-#)- /0,"%!" 10"( !"#& & 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’ 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(#%"’?2=6 心率失常数据库中数据的直接识读!不 仅方便了心电研究者的工作!避免了花费大量的精力学习其工 具软件包的使用方法! 而且也使我们能更灵活地使用这些数 据!并可以对其进行二次开发) 参考文献! !"@ 曹 细 武’等$ 心 电 图 各 波 的 频 率 分 析!A@$ 中 国 医 学 物 理 学 杂 志’ *.."’",B"C$ %*@ 朱泽煌’等$ &=>?2=6 心电数据库的开发及用作检测标准%A@$ 中国 生物医学工程学报’ "((+’"*B/D$ 图 # 记录 $%% 的波形及注释内容"片段#"%E&表示正常心博!%;&表示房 性早博$ &’()# *+, -./, .01 .0023.3’20 24 5,6251 $%% 7FGHIGJK87%E&LJMLNOKG JPQIOR SGOK’ %;&LJMLNOKG OKQLOR TQGIOKUQG NPJKQONKLPJ V;WXDD 图 9 记录 !%" 的波形及注释内容%片段$"%E&表示正常心博! %<&表示室性期前收缩$ &’()9 *+, -./, .01 .0023.3’20 24 5,6251 !%" 7FGHIGJK8 7%E& LJMLNOKG JPQIOR SGOK’ %<&LJMLNOKG TQGIOKUQG YGJKQLNUROQ NPJKQONKLPJ7W
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lvqj

贡献于2015-08-07

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