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TéléSurveillance Médicale avec le Codec Audio VLC HQM 16
Résumé
Dans le domaine de la télésurveillance médicale, le codec VLC HQ 16 avec le support du multicanal (VLC HQM 16) peut servir à:
- Enregistrer ou transmettre les bruits du corps (très basses fréquences).
- Enregistrer ou transmettre des données telles que l'ECG (ElectroCardioGramme), l'EEG (ElectroEncéphaloGramme) ou l'EMG (ElectroMyoGramme).
- Enregistrer ou transmettre les données des formes d'ondes de la pression sanguine artérielle (ABP ou Arterial Blood Pressure en Anglais) et les données des formes d'ondes de la PhotoPléthysmoGraphie (PhotoPléthysmoGramme, PhotoPlethysmoGram ou PPG en Anglais, à partir de l'oxymétrie pulsée appelée aussi l'oxymétrie de pouls).
- Enregistrer ou transmettre les données des formes d'ondes de la glycémie (taux de glucose ou taux de sucre dans le sang), dans la surveillance de la glycémie en continu (Continuous Glucose Monitoring ou CGM en Anglais).
- En option, calculer et afficher la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et la variabilité de la pression artérielle (VPA).
Description
Pour la télésurveillance médicale, plusieurs formats internationaux existent pour les enregistrements ECG et les autres signes vitaux. On peut citer:
- Le format SCP-ECG, Standard Communications Protocol for computer assisted ElectroCardioGraphy en Anglais.
- Le format MFER, Medical Waveform Format Encoding Rules en Anglais.
- Le format FDA-XML, Food and Drug Administration-Extensible Markup Language en Anglais.
- Le format DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine, en Anglais.
- Le format ISHNE, format de sortie standard pour les données ECG Holter.
- Le format EDF+, European Data Format en Anglais.
Beaucoup d'autres formats propriétaires existent comme par exemple le format ECG de Philips qui utilise XML et un encodage à base 64.
Les fichiers images fixes (GIF, JPEG, PNG, TIFF et PDF) peuvent être également utilisés comme support aux données de l'ECG et des autres signes vitaux.
Les fréquences d'échantillonnage se situent généralement entre 1000 et 2000 Hz ou sont inférieures ou égales à 500 Hz. Les résolutions les plus utilisées sont: 8, 10, 11, 12 et 16 bits par échantillon.
- SCP-ECG:
Le format SCP-ECG, est un format d'enregistrement numérique pour les électrocardiogrammes.
Il comprend le signal de l'ECG ainsi que des métadonnées sur le patient et sur le dispositif d'enregistrement de l'ECG comme le nom du constructeur, etc.
SCP-ECG est une norme ANSI/AAMI et CEN.
Par défaut, avec le format SCP-ECG, les échantillons ne sont pas compressés.
Les enregistrements sont binaires avec des mots de 16 bits signés.
Trois options de compression peuvent être utilisées:
- Réduction sans perte de la redondance (différences entre échantillons).
- Compression sans perte avec la méthode Huffman.
- Compression de niveau élevé, avec perte.
Ce dernier type de compression ne peut pas être utilisé facilement partout à cause des ressources nécessaires, notamment les temps de traitements et la mémoire.
Avec le système de surveillance Holter (longues durées) ou lors des exercices, cette méthode ne peut pas être utilisée. Cette méthode est recommandée pour les enregistrements ECG ordinaires avec 12 pistes simultanées.
- MFER:
Par défaut les échantillons ne sont pas compressés. les enregistrements sont constitués d'entiers 16 bits signés.
Il s'agit d'un format ouvert et flexible où aucune méthode de compression n'est privilégiée. Il peut être utilisé comme un simple conteneur.
- FDA-XML:
Ce format, appelé aussi HL7 aECG (HL7 Annotated ElectroCardioGram) est un standard our stocker et retrouver les données de l'ECG d'un patient. Comme les autres formats HL7 (Health Level 7), il est basé sur XML. Les données sont en ASCII et sont structurées en XML, donc les fichiers sont généralement de grande taille.
- DICOM:
Le format DICOM est un standard pour la gestion informatique des données issues de l'imagerie médicale.
Ce standard définit un format de fichier mais aussi un protocole de transmission des données (basé sur TCP/IP). Les données peuvent être compressées ou non.
Le premier objectif est de stocker les données issues de l'imagerie médicale (Rayons X, Imagerie par Résonance Magnétique ou IRM, Echographie utilisant les Ultrasons, ...) mais ce format peut être utilisé pour d'autres types de données comme les données de l'ECG ou les autres signes vitaux.
- ISHNE:
Le format ISHNE est un fichier unique organisé composé d'un en-tête suivi d'un bloc de données plus grand contenant tous les échantillons numériques ECG stockés.
- EDF+:
Le format EDF est un format simple et flexible pour l'échange et le stockage de signaux biologiques et physiques multicanaux, en particulier l'EEG.
Le format EDF+ fichier peut également contenir des enregistrements interrompus, des annotations, des stimuli et des événements.
- Codec VLC HQM 16:
Notre objectif est de proposer le Codec VLC HQ 16 avec le support du multicanal (VLC HQM 16) comme moyen de compresser les données ECG et les données des autres signes vitaux.
- Il est basé sur FFT (Fast Fourier Transform en Anglais) donc très rapide et peut encore être accéléré grâce au support GPU (programmation de la carte graphique).
- Il est quasi sans perte en énergie: l'énergie d'une trame non compressée est presque aussi égale à celle de la trame compressée.
- Les taux de compression sont très élevés (entre 8 et 32 par tampon FFT, suivant la qualité voulue. Les taux de compression peuvent être plus élevés pour certaines données quasi stationnaires).
- Les données étant issues directement de FFT (fréquences, magnitudes et phases), toutes les analyses fréquentielles utilisant FFT pourront être effectuées directement sans refaire de FFT.
Ce codec est optimisé pour des fréquences d'échantillonnage de 16 kHz ou moins avec des tampons FFT de 512 points.
Avec une fréquence d'échantillonnage de 500 Hz, on émettra environ une trame par seconde. Il est possible de diminuer la fréquence d'émission des trames (par exemple une trame toutes les deux secondes) et d'augmenter la taille des tampons FFT (par exemple 1024 points).
On peut augmenter les taux de compression de cette façon surtout avec les signaux quasi-stationnaires comme ceux de l'électrocardiogramme ou de la pression sanguine artérielle.
Pour les bruits du corps de basse fréquence (battements de coeur, poumons, artères, ...), on utilisera par défaut une fréquence d'échantillonnage de 16 kHz, des tampons FFT de 512 points et on émettra 31,25 trames par seconde.
Pour les signaux stationnaires comme l'ECG, l'ABP ou le PPG, Il est prévu de voir si on peut faire beaucoup mieux en terme de taux de compression en utilisant la version codebook du codec VLC. Un simple entier pourra servir à représenter un vecteur des positions et / ou des magnitudes des pics locaux, donc pourra servir de signature pour toute une trame.
Pour plus d'informations, voir à l'adresse suivante:
Version Codebook
La compression se fait en temps réel.
Il n'y a pas d'obligation de pré-traitement ou de post-traitement.
Il n'y a pas non plus de problèmes d'effets de bord (avec un recouvrement des trames de moins de 10%).
Nous allons coder un codec intégré au produit PJSIP, créant de échantillons compressés et pouvant générer ou lire un fichier W64 (Sony Picture digital Wave 64 en Anglais).
Ce format a été développé par Sonic Foundry et est maintenu par Sony. Il est aussi connu sous le nom de Sony Wave 64 Audio File en Anglais.
Ce format supporte un nombre arbitraire de canaux, de fréquences d'échantillonnage et de bits par échantillon. Il supporte des fichiers de plus de 4 Go et on peut y ajouter des métadonnées. Beaucoup de lecteurs, d'analyseurs et d'éditeurs audio supportent ce format (Sony Sound Forge Pro, VLC Media Player, ...) avec des échantillons non compressés.
Pour plus d'informations sur le produit PJSIP, voir aux adresses suivantes:
- vlrPhone / vlrMemos
- PJSIP
Nous allons proposer des convertisseurs du format W64 compressé avec notre codec vers les six formats décrits précédemment, ainsi que de ces six formats vers le format W64 compressé.
Nous allons aussi proposer un convertisseur du format W64 compressé avec notre codec vers le format W64 non compressé (ou vers le format WAV normal non compressé pour des tailles inférieures ou égales à 2 Go), et inversement.
Les applications seront compatibles avec les systèmes d'exploitation Windows, Android et iOS, ainsi qu'avec tous les systèmes d'exploitation supportés par PJSIP.
Les applications pourront être intégrées (directement ou moyennant de légères modifications) aux services, logiciels et matériels qui ont besoin de leurs fonctionnalités.
Notes
Le multicanal peut servir à enregistrer plusieurs pistes homogènes en parallèle, par exemple:
- L'ECG avec 3, 6, 12 ou 18 pistes.
- L'EEG avec 25, 32, 64, 96, 128 ou 256 pistes.
En utilisant la même fréquence d'échantillonnage, il peut aussi servir à enregistrer plusieurs pistes hétérogènes, comme les pistes dérivées d'une ou plusieurs formes d'ondes à partir de calculs, de modèles ou d'algorithmes plus ou moins complexes. On peut citer par exemple:
- Les Intervalles R-R.
- La Fréquence Cardiaque.
- La Pression Artérielle Systolique.
- La Pression Artérielle Diastolique.
- La Pression Artérielle Moyenne.
- La Pression Artérielle Pulsée.
- Le Volume d'Ejection Systolique.
- Le Débit Cardiaque.
- Le Temps d'Ejection du Ventricule Gauche.
- La Résistance Périphérique Totale.
- L'Impédance Caractéristique Aortique.
- La Compliance Artérielle.
Les données compressées de ces pistes sont directement des données FFT, donc on peut avoir rapidement les valeurs de la densité spectrale par segment (la variabilité par segment dans le domaine fréquentiel).
En option, nous allons calculer et afficher la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et la variabilité de la pression artérielle (VPA).
Plus d'informations sur la VFC et la VPA à l'adresse suivante:
- Variabilité de la Fréquence Cardiaque et Variabilité de la Pression Artérielle
Sujets
ElectroCardioGramme (ECG)
ElectroEncéphaloGramme (EEG)
ElectroMyoGramme (EMG)
Pression Sanguine Artérielle (Arterial Blood Pressure ou ABP en Anglais)
PhotoPléthysmoGramme (PPG)
Formes d'Onde Pléthysmographiques d'Oxymétrie Pulsée
Surveillance de la Glycémie en Continu (Continuous Glucose Monitoring ou CGM en Anglais)
Formes d'Ondes de la Glycémie
Variabilité de la Fréquence Cardiaque (VFC)
Variabilité de la Pression Artérielle (VPA)
SCP-ECG
MFER
FDA-XML
DICOM
WAV
W64
ISHNE
EDF
EDF+
Dans le domaine de la télésurveillance médicale, le codec VLC HQ 16 avec le support du multicanal (VLC HQM 16) peut servir à:
- Enregistrer ou transmettre les bruits du corps (très basses fréquences).
- Enregistrer ou transmettre des données telles que l'ECG (ElectroCardioGramme), l'EEG (ElectroEncéphaloGramme) ou l'EMG (ElectroMyoGramme).
- Enregistrer ou transmettre les données des formes d'ondes de la pression sanguine artérielle (ABP ou Arterial Blood Pressure en Anglais) et les données des formes d'ondes de la PhotoPléthysmoGraphie (PhotoPléthysmoGramme, PhotoPlethysmoGram ou PPG en Anglais, à partir de l'oxymétrie pulsée appelée aussi l'oxymétrie de pouls).
- Enregistrer ou transmettre les données des formes d'ondes de la glycémie (taux de glucose ou taux de sucre dans le sang), dans la surveillance de la glycémie en continu (Continuous Glucose Monitoring ou CGM en Anglais).
- En option, calculer et afficher la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et la variabilité de la pression artérielle (VPA).
Description
Pour la télésurveillance médicale, plusieurs formats internationaux existent pour les enregistrements ECG et les autres signes vitaux. On peut citer:
- Le format SCP-ECG, Standard Communications Protocol for computer assisted ElectroCardioGraphy en Anglais.
- Le format MFER, Medical Waveform Format Encoding Rules en Anglais.
- Le format FDA-XML, Food and Drug Administration-Extensible Markup Language en Anglais.
- Le format DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine, en Anglais.
- Le format ISHNE, format de sortie standard pour les données ECG Holter.
- Le format EDF+, European Data Format en Anglais.
Beaucoup d'autres formats propriétaires existent comme par exemple le format ECG de Philips qui utilise XML et un encodage à base 64.
Les fichiers images fixes (GIF, JPEG, PNG, TIFF et PDF) peuvent être également utilisés comme support aux données de l'ECG et des autres signes vitaux.
Les fréquences d'échantillonnage se situent généralement entre 1000 et 2000 Hz ou sont inférieures ou égales à 500 Hz. Les résolutions les plus utilisées sont: 8, 10, 11, 12 et 16 bits par échantillon.
- SCP-ECG:
Le format SCP-ECG, est un format d'enregistrement numérique pour les électrocardiogrammes.
Il comprend le signal de l'ECG ainsi que des métadonnées sur le patient et sur le dispositif d'enregistrement de l'ECG comme le nom du constructeur, etc.
SCP-ECG est une norme ANSI/AAMI et CEN.
Par défaut, avec le format SCP-ECG, les échantillons ne sont pas compressés.
Les enregistrements sont binaires avec des mots de 16 bits signés.
Trois options de compression peuvent être utilisées:
- Réduction sans perte de la redondance (différences entre échantillons).
- Compression sans perte avec la méthode Huffman.
- Compression de niveau élevé, avec perte.
Ce dernier type de compression ne peut pas être utilisé facilement partout à cause des ressources nécessaires, notamment les temps de traitements et la mémoire.
Avec le système de surveillance Holter (longues durées) ou lors des exercices, cette méthode ne peut pas être utilisée. Cette méthode est recommandée pour les enregistrements ECG ordinaires avec 12 pistes simultanées.
- MFER:
Par défaut les échantillons ne sont pas compressés. les enregistrements sont constitués d'entiers 16 bits signés.
Il s'agit d'un format ouvert et flexible où aucune méthode de compression n'est privilégiée. Il peut être utilisé comme un simple conteneur.
- FDA-XML:
Ce format, appelé aussi HL7 aECG (HL7 Annotated ElectroCardioGram) est un standard our stocker et retrouver les données de l'ECG d'un patient. Comme les autres formats HL7 (Health Level 7), il est basé sur XML. Les données sont en ASCII et sont structurées en XML, donc les fichiers sont généralement de grande taille.
- DICOM:
Le format DICOM est un standard pour la gestion informatique des données issues de l'imagerie médicale.
Ce standard définit un format de fichier mais aussi un protocole de transmission des données (basé sur TCP/IP). Les données peuvent être compressées ou non.
Le premier objectif est de stocker les données issues de l'imagerie médicale (Rayons X, Imagerie par Résonance Magnétique ou IRM, Echographie utilisant les Ultrasons, ...) mais ce format peut être utilisé pour d'autres types de données comme les données de l'ECG ou les autres signes vitaux.
- ISHNE:
Le format ISHNE est un fichier unique organisé composé d'un en-tête suivi d'un bloc de données plus grand contenant tous les échantillons numériques ECG stockés.
- EDF+:
Le format EDF est un format simple et flexible pour l'échange et le stockage de signaux biologiques et physiques multicanaux, en particulier l'EEG.
Le format EDF+ fichier peut également contenir des enregistrements interrompus, des annotations, des stimuli et des événements.
- Codec VLC HQM 16:
Notre objectif est de proposer le Codec VLC HQ 16 avec le support du multicanal (VLC HQM 16) comme moyen de compresser les données ECG et les données des autres signes vitaux.
- Il est basé sur FFT (Fast Fourier Transform en Anglais) donc très rapide et peut encore être accéléré grâce au support GPU (programmation de la carte graphique).
- Il est quasi sans perte en énergie: l'énergie d'une trame non compressée est presque aussi égale à celle de la trame compressée.
- Les taux de compression sont très élevés (entre 8 et 32 par tampon FFT, suivant la qualité voulue. Les taux de compression peuvent être plus élevés pour certaines données quasi stationnaires).
- Les données étant issues directement de FFT (fréquences, magnitudes et phases), toutes les analyses fréquentielles utilisant FFT pourront être effectuées directement sans refaire de FFT.
Ce codec est optimisé pour des fréquences d'échantillonnage de 16 kHz ou moins avec des tampons FFT de 512 points.
Avec une fréquence d'échantillonnage de 500 Hz, on émettra environ une trame par seconde. Il est possible de diminuer la fréquence d'émission des trames (par exemple une trame toutes les deux secondes) et d'augmenter la taille des tampons FFT (par exemple 1024 points).
On peut augmenter les taux de compression de cette façon surtout avec les signaux quasi-stationnaires comme ceux de l'électrocardiogramme ou de la pression sanguine artérielle.
Pour les bruits du corps de basse fréquence (battements de coeur, poumons, artères, ...), on utilisera par défaut une fréquence d'échantillonnage de 16 kHz, des tampons FFT de 512 points et on émettra 31,25 trames par seconde.
Pour les signaux stationnaires comme l'ECG, l'ABP ou le PPG, Il est prévu de voir si on peut faire beaucoup mieux en terme de taux de compression en utilisant la version codebook du codec VLC. Un simple entier pourra servir à représenter un vecteur des positions et / ou des magnitudes des pics locaux, donc pourra servir de signature pour toute une trame.
Pour plus d'informations, voir à l'adresse suivante:
Version Codebook
La compression se fait en temps réel.
Il n'y a pas d'obligation de pré-traitement ou de post-traitement.
Il n'y a pas non plus de problèmes d'effets de bord (avec un recouvrement des trames de moins de 10%).
Nous allons coder un codec intégré au produit PJSIP, créant de échantillons compressés et pouvant générer ou lire un fichier W64 (Sony Picture digital Wave 64 en Anglais).
Ce format a été développé par Sonic Foundry et est maintenu par Sony. Il est aussi connu sous le nom de Sony Wave 64 Audio File en Anglais.
Ce format supporte un nombre arbitraire de canaux, de fréquences d'échantillonnage et de bits par échantillon. Il supporte des fichiers de plus de 4 Go et on peut y ajouter des métadonnées. Beaucoup de lecteurs, d'analyseurs et d'éditeurs audio supportent ce format (Sony Sound Forge Pro, VLC Media Player, ...) avec des échantillons non compressés.
Pour plus d'informations sur le produit PJSIP, voir aux adresses suivantes:
- vlrPhone / vlrMemos
- PJSIP
Nous allons proposer des convertisseurs du format W64 compressé avec notre codec vers les six formats décrits précédemment, ainsi que de ces six formats vers le format W64 compressé.
Nous allons aussi proposer un convertisseur du format W64 compressé avec notre codec vers le format W64 non compressé (ou vers le format WAV normal non compressé pour des tailles inférieures ou égales à 2 Go), et inversement.
Les applications seront compatibles avec les systèmes d'exploitation Windows, Android et iOS, ainsi qu'avec tous les systèmes d'exploitation supportés par PJSIP.
Les applications pourront être intégrées (directement ou moyennant de légères modifications) aux services, logiciels et matériels qui ont besoin de leurs fonctionnalités.
Notes
Le multicanal peut servir à enregistrer plusieurs pistes homogènes en parallèle, par exemple:
- L'ECG avec 3, 6, 12 ou 18 pistes.
- L'EEG avec 25, 32, 64, 96, 128 ou 256 pistes.
En utilisant la même fréquence d'échantillonnage, il peut aussi servir à enregistrer plusieurs pistes hétérogènes, comme les pistes dérivées d'une ou plusieurs formes d'ondes à partir de calculs, de modèles ou d'algorithmes plus ou moins complexes. On peut citer par exemple:
- Les Intervalles R-R.
- La Fréquence Cardiaque.
- La Pression Artérielle Systolique.
- La Pression Artérielle Diastolique.
- La Pression Artérielle Moyenne.
- La Pression Artérielle Pulsée.
- Le Volume d'Ejection Systolique.
- Le Débit Cardiaque.
- Le Temps d'Ejection du Ventricule Gauche.
- La Résistance Périphérique Totale.
- L'Impédance Caractéristique Aortique.
- La Compliance Artérielle.
Les données compressées de ces pistes sont directement des données FFT, donc on peut avoir rapidement les valeurs de la densité spectrale par segment (la variabilité par segment dans le domaine fréquentiel).
En option, nous allons calculer et afficher la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et la variabilité de la pression artérielle (VPA).
Plus d'informations sur la VFC et la VPA à l'adresse suivante:
- Variabilité de la Fréquence Cardiaque et Variabilité de la Pression Artérielle
Sujets
ElectroCardioGramme (ECG)
ElectroEncéphaloGramme (EEG)
ElectroMyoGramme (EMG)
Pression Sanguine Artérielle (Arterial Blood Pressure ou ABP en Anglais)
PhotoPléthysmoGramme (PPG)
Formes d'Onde Pléthysmographiques d'Oxymétrie Pulsée
Surveillance de la Glycémie en Continu (Continuous Glucose Monitoring ou CGM en Anglais)
Formes d'Ondes de la Glycémie
Variabilité de la Fréquence Cardiaque (VFC)
Variabilité de la Pression Artérielle (VPA)
SCP-ECG
MFER
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