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.
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Mandatory |
2 bytes - checksum - crc -CCITT over the entire record (excluding this word) |
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Mandatory |
4 bytes - (unsigned) size of the entire ecg record (in bytes) |
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Mandatory |
(Section 0) pointers to data-areas in the record |
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Mandatory |
(Section 1) header information - patient data/ecg acquisition data |
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Optional |
(Section 2) huffman tables used in encoding of ecg data (if used) |
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Optional |
(Section 3) ecg lead definition |
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Optional |
(Section 4) QRS locations (if reference beats are encoded) |
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Optional |
(Section 5) encoded reference beat data if reference beats are stored |
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Optional |
(Section 6) "residual signal" after reference beat subtraction if reference beats are stored, otherwise encoded rhythm data |
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Optional |
(Section 7) global measurements |
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Optional |
(Section 8) textual diagnosis from the "interpretive" device |
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Optional |
(Section 9) manufacturer specific diagnostic and over-reading data from the "interpretive" device |
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Optional |
(Section 10) lead measurement results |
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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,
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Description |
size [bytes] |
||
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1 |
Fixed header, (header1) |
256 |
1 |
|
2 |
Variable header,channel-specific information (header 2) |
256*NS |
1 |
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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 |
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4 |
Data section |
number_of_records times bytes per record |
<=1 |
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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。
几种常见ECG数据格式及对比