几种常见ECG数据格式及对比

SCP、DICOM、HL7aECG、GDF格式及对比

    本文档首先给出SCP、DICOM、HL7aECG、GDF四种心电信号格式的具体数据结构，然后分析其各自的特点及适用范围。

一、SCP-ECG format

    这种格式是专门针对ECG数据的标准格式，其中包含了ECG数据波形，患者信息，

ECG采集信息以及测量诊断信息等丰富内容。

    SCP-ECG格式主要分为Title(2 bytes for CRC-checksum and 4 bytes for size of ECG record)和Section0-Section11两部分。其中Title,Section0,Section1是必须有的，其他部分则是可选的。

具体数据结构如下：

Table 1. Structure of  SCP-ECG records.

Mandatory	2 bytes - checksum - crc   -CCITT over the                    entire record           (excluding this   word)
Mandatory	4 bytes - (unsigned) size   of the entire ecg                    record (in bytes)
Mandatory	(Section   0) pointers   to data-areas in the record
Mandatory	(Section   1)    header  information - patient data/ecg acquisition   data
Optional	(Section   2)    huffman tables used in   encoding of ecg data (if used)
Optional	(Section   3)                   ecg  lead definition
Optional	(Section   4)          QRS locations (if reference beats are encoded)
Optional	(Section   5)         encoded reference beat data if reference beats are stored
Optional	(Section   6)         "residual signal" after reference beat subtraction if   reference         beats are stored,   otherwise encoded rhythm data
Optional	(Section 7)                   global  measurements
Optional	(Section   8)    textual diagnosis   from  the "interpretive"   device
Optional	(Section   9)         manufacturer specific diagnostic and over-reading data         from  the "interpretive"   device
Optional	(Section   10)                lead  measurement  results
Optional	(Section 11)  universal statement codes   resulting from  the interpretation

 

缺点：

（1）只支持静态心电信息，不支持信号平均心电即晚电位信息，不支持动态心电信息(HOLTER)和运动心电信息(Exer- cise ECG)等；

（2）仅仅支持RS232串口传输，使用二进制方式存储不利于网络传输的信息交换；

（3）使用的复杂压缩算法难以进行实现和测试，也不能支持预约等其他工作流。

优点：

（1）是最早开始研究的心电数据统一存储标准，它所包含的心电方面的信息最为全面，能够满足常规全部心电检查的要求；

（2）所需要的存储空间也是最小的。

 

二、DICOM format

     是一种医学图像格式，其文件格式的关系如下：

 

               

                         Figure 2-1  File-set and File Format

 

 

 

              Figure 2-2 DICOM data set and data element structures

 

      由以上两个图可知，DICOM File-set 里面可以包含多个DICOM File，每个DICOM File中包括DICOM File Meta Information和DICOM Data Set（其中DICOM SOP Instance就是在DICOM Data Set当中）两个部分，Data Set 中又包含多个Data Elemet，每个Data Element中的值是根据VR的类型来决定编码的格式的（关于VR(Value Representation)的详细信息在DICOM手册的PS3.6中Page8-139中有具体说明），Data Element里面还可以有多个Item（具体的Data Elemet编码的例子可在DICOM手册说明的PS3.5的Page43-44中找到）。

      因此，DICOM格式是采用信息对象模型的方式来描述现实世界的对象信息的，每一个信息实体都与现实世界某个特定对象相关联，对于编码的数据结构只是给出一个模型，具体的编码方法要根据信息的类型来决定。

      优点：

（1）不仅制定了波形格式和检查报告格式，也指定了设备之间如何通讯；

（2）还能支持重要的工作流事件（如撤销、预约请求等）。

      缺点：

      适用于已有PACS系统部署的医院信息化系统；但能够管理DICOM新店数据的PACS厂家很少，这导致心电数据管理与现有PACS系统的全面融合还需要一段时间。

 

三、HL7aECG format

      HL7aECG格式，又叫做FDAXML格式，是HL7心电图注释标准，采用XML的数据存储格式，专注于绘图、标注、注释数据。

       其数据格式的实体及相互关系的图表如下：

 

 

                      Figure 3-1 The Entity-Relationship Model

     关于数据格式设计中每个域的详细定义，可参考格式文档FDA-EGC-XMLDataFormat  at page 18-27,Appendix E。

FDAXML标准创建了用于存储ECG数据的XML标记原理，并详细说明了这些标记的意义。通过XML scheme文件来规定数据文件中元素的组织结构，并介绍各元素代表的内容。

      优点：

（1）图表支持可支持实时、存录的记录方式；

（2）最大的特点就是能够精确绘图注释；

（3）尤其适用于临床药物试验；

（4）这种数据结构能够方便地进行网络传输。

     缺点：

（1）它丢失了心电图需要的某些重要字段，例如参考医生以及部门信息等；

（2）HL7信息模型目前也没有广泛用来和图像采集模块通讯。

 

四、GDF format

      GDF是Biosig的一种通用数据格式，可使用SigViewer打开。这种格式的最大特点就是它包含很多EVENT，可以同时存储EEG、ECG、sleep-relative等方面的数据，而不仅仅是心电数据的格式文件。

（一）GDF文件的大体结构

Table 4-1: Structure of a GDF file. NS, NT, and NEV indicate the number of channels, number of TLV elements, and the number of events, respectively,

	Description	size [bytes]
1	Fixed   header, (header1)	256	1
2	Variable header,channel-specific information (header 2)	256*NS	1
3	Optional header, tag-length-value structure, (header 3)	>=4*NT + length of each value field <=Length of header–256*(NS+1)	0<= NT <256
4	Data   section	number_of_records times bytes   per record	<=1
5	Event   table	8 + NEV*6 {mode 1} or 8 + NEV*12 {mode 3}	<=1

 

   

（二）GDF文件数据结构中各个域所包含的信息

（1）Fixed header, (header1):

         Version identification

         Patient identification

          Patient message(including disease,states,etc)

         Recording message

         Time(start,duration,etc)

         Header length/size

         Patient classification

         Equipment ID

         Electrode position message

         NS: number of signals(channels)

 

（2）Variable header, (header 2):

         Label

         Type of transducer/sensor

         Physical dimension message

         Digital dimension message

         Time offset(relative sampling time delay between channels)

         Pre-filter information

         Samples per record

         Type of data

         Sensor specific information

 

（3）Optional header, (header 3)

         Tag

         Length

         Value

 

（4）Data section

         nr samples from each channel

         (nr:number of record)

 

（5）Event table

         Mode

         NEV

         Sample-rate associated with event position

 

※ Mode info :{Type, POS} or {Type, POS, DUR, CHAN}

 

四种格式对比总结：

（1）SCP-ECG标准是目前为止可选的最全面的心电信息标准化通讯协议，但只支持静态心电信息，不支持动态、运动心电信息；

（2）DICOM格式凭借其开放互联的架构和面向对象的方法，更注重医学影像信息的交换、传递；

（3）FDAXML格式能够精确地进行绘图和注释，可描述实时心电信息，适用于临床药物试验；

（4）GDF格式功能强大，能包含除ECG以外多种生物医学信息，如EEG,sleep-related EVENTS等。