專利名稱：一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法
一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備和數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化 方法。
背景技術(shù)：
心電圖是反映心臟興奮的電活動(dòng)過(guò)程，它對(duì)心臟基本功能及其病理研究方面，具 有重要的參考價(jià)值。心電圖可以分析與鑒別各種心律失常；也可以反映心肌受損的程度、發(fā) 展過(guò)程和心房、心室的功能結(jié)構(gòu)情況，在指導(dǎo)心臟手術(shù)進(jìn)行及指示必要的藥物處理上有參 考價(jià)值。臨床心電圖的診斷內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面I.冠心病心律失常心電圖是診斷各型心律失常的最有效方法，對(duì)心肌梗塞、心衰 及心臟直視手術(shù)患者連續(xù)進(jìn)行心電圖觀察，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理重要的心律失常，避免 造成嚴(yán)重的后果。
II.冠狀動(dòng)脈供血不足心電圖對(duì)于冠狀動(dòng)脈供血不足具有較高的診斷價(jià)值。當(dāng) 發(fā)作時(shí)，心電圖可以出現(xiàn)缺血性ST-T改變。對(duì)于心絞痛不典型、且靜息心電圖無(wú)明顯原發(fā) 缺血性ST-T改變的可疑冠心病患者，可以作心電圖負(fù)荷試驗(yàn)誘發(fā)心肌缺血，以明確診斷。
III.冠心病心肌梗塞在心肌梗塞的診斷上，心電圖是必不可少的項(xiàng)目。臨床上 根據(jù)肯定性心電圖改變一項(xiàng)，即可診斷為明確的心肌梗塞，病史可典型可不典型。以心電圖 為依據(jù)可以判斷更賽的部位、范圍、程度和時(shí)期，推測(cè)有病變的冠狀動(dòng)脈分支及預(yù)后，為治 療提供重要的參考依據(jù)。
IV.評(píng)價(jià)某些藥物的治療效果及毒副作用等。
目前的心電圖資料分為兩種形式計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集和紙質(zhì)記錄心電圖，其中以紙 質(zhì)心電圖為主要資料。
對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集獲得的數(shù)字形式的數(shù)據(jù)可以利用計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理并計(jì) 算出統(tǒng)計(jì)特征和繪制分布圖；然而紙質(zhì)記錄心電圖只能采用人工方法處理，在對(duì)大量紙質(zhì) 心電圖做統(tǒng)計(jì)分析時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且精度不高，工作量大。紙質(zhì)記錄心電圖打印在專用的心電 圖紙上，紙張資料容易破損、退變，不易保存，且被破壞或丟失后不能恢復(fù)，不利于臨床分析 與學(xué)術(shù)研究。
數(shù)字圖像處理又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用 計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)圖像進(jìn)行處理的主要目的分為三個(gè)方面 I. 提高圖像的視感質(zhì)量。
II.提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，這些被提取的特征或信息往往為 計(jì)算機(jī)分析圖像提供便利。
III.圖像數(shù)據(jù)的變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。
本發(fā)明即是運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)將不同傾斜角度紙質(zhì)心電圖的圖像中的波形 曲線提取出來(lái)，數(shù)字化并對(duì)其進(jìn)行分析處理。
從已查到的相關(guān)專利來(lái)看(US7,似4，137:Methodand System for Converting Paper ECG Printouts to Digital ECG Files)專利中提出了一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化的流 程，但是忽略了紙質(zhì)心電圖的傾斜問(wèn)題以及傾斜校正問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種針對(duì)不同傾斜角度紙 質(zhì)心電圖的數(shù)字化方法，能夠?qū)⑴R床上產(chǎn)生的大量紙質(zhì)心電圖轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間一電 壓值，能用產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行心電波形的分類以及診斷分析。
本發(fā)明所述的紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法主要包括第1、將紙質(zhì)心電圖掃描，并對(duì)獲得的心電圖灰度圖像進(jìn)行傾斜校正處理； 第2、對(duì)心電圖像進(jìn)行處理，提取出心電曲線； 第3、獲得心電曲線上各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值； 第4、重建心電波形以及導(dǎo)聯(lián)信息； 第5、驗(yàn)證重建波形的準(zhǔn)確度；第6、將各離散點(diǎn)的時(shí)間電壓值以及重建的波形圖存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。
所述第1步的具體操作過(guò)程如下第1.1、采用閾值法獲得圖像中心電圖紙的上下邊緣點(diǎn)； 第1. 2、根據(jù)得到的上下邊緣點(diǎn)擬合上下邊緣中的任意一條； 第1. 3、根據(jù)擬合直線的斜率求得傾斜角度； 第1.4、采用雙線性插值法進(jìn)行傾斜圖像的旋轉(zhuǎn)。
所述第2步的具體操作過(guò)程如下 第2. 1、根據(jù)閾值法，提取出心電圖部分；第2. 2、獲得背景網(wǎng)格和前景波形曲線的灰度值范圍； 第2. 3、根據(jù)閾值法，將波形曲線從背景網(wǎng)格中提取出來(lái)； 第2. 4、對(duì)提取曲線后遺留的干擾點(diǎn)進(jìn)行去噪處理； 第2. 5、求出曲線上各離散點(diǎn)的坐標(biāo)值。
所述第3步的具體操作過(guò)程如下第3.1、根據(jù)掃描儀的分辨率求出每毫米所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，即Number of pixels/ mm= DPI/25. 4 ；第3. 2、根據(jù)每毫米所包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及紙速25mm/s和電壓代表值lOmm/mv分 別求出每個(gè)像素點(diǎn)代表的時(shí)間值time-scale/pixel和電壓值voltage-scale/pixel，其 中times - cale / pixel =--,------r25 · (βΡΙ / 25. 4)1- ! tage - scale / pisel =----；10 · KlPI / 25. 4)第3. 3、根據(jù)第2. 5步求得的各離散點(diǎn)的坐標(biāo)值以及time-scale/pixel和 voltage-scale/pixel求得各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值。
本發(fā)明所述方法第4步中，重建心電波形指的是在前面已得到每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)4間-電壓值的基礎(chǔ)上重繪心電波形。
本發(fā)明所述方法第5步中，驗(yàn)證重建波形的準(zhǔn)確度指的是將實(shí)時(shí)采集的心電圖打 印下來(lái)進(jìn)行數(shù)字化后與采集到的數(shù)據(jù)分別對(duì)每個(gè)點(diǎn)的電壓幅值對(duì)比，以及波形的QT間期 對(duì)比、QRS間期對(duì)比。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明提出的紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法解決了紙質(zhì)心電圖易破損、不易保存、不易恢復(fù) 的難題；使紙質(zhì)心電圖信息能夠永久保存，為將臨床采集紙質(zhì)心電圖的病癥信息添加到數(shù) 字心電信息管理系統(tǒng)提供了可能，豐富了病例庫(kù)。且使用本方法可利用產(chǎn)生的數(shù)字信息進(jìn) 行波形分析、波形分類、及病癥分析，提高了工作效率；使用本數(shù)字化方法為臨床分析和科 學(xué)研究提供了方便。


圖1為本發(fā)明中整個(gè)紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法的處理流程。
圖2為本發(fā)明所涉紙質(zhì)心電圖的灰度圖像。
圖3為紙質(zhì)心電像傾斜校正之后的圖像。
圖4為提取出心電圖部分的圖像。
圖5為所提取出圖像中的心電曲線。
圖6為重建后的心電波形。
具體實(shí)施方式
先將心電圖紙掃描成灰度圖像，通過(guò)分析圖像的灰度直方圖檢測(cè)圖像的上下黑色 邊緣點(diǎn)，確定心電像區(qū)域。因?yàn)閽呙璧男碾妶D往往會(huì)有一定的傾斜角度，為了得到準(zhǔn)確 的心電圖信息，本發(fā)明先通過(guò)最小二乘法對(duì)上下黑色邊緣進(jìn)行擬合，得到直線的斜率進(jìn)而 獲得傾斜角度，并采用雙線性差值進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理，之后提取心電曲線并將其離散化。數(shù) 字化的波形過(guò)濾掉干擾點(diǎn)后，進(jìn)行像素與時(shí)間一電壓值的變換，處理為可永久保存的數(shù)字 化 ECG。
本發(fā)明所述的紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法主要包括第1、將紙質(zhì)心電圖掃描，并對(duì)圖2獲得的心電圖灰度圖像進(jìn)行傾斜校正處理；第1. 1、根據(jù)心電圖紙邊緣外側(cè)像素值與心電圖紙內(nèi)部像素值的差異，采用閾值法 獲得心電圖紙的上下邊緣點(diǎn)，如圖3箭頭所指向的分界線；第1. 2、采用最小二乘法，分別將得到的上下邊緣點(diǎn)擬合上下邊緣中的任意一條； 第1. 3、根據(jù)所得擬合直線的斜率運(yùn)用反正切公式求得傾斜角度； 第1. 4、根據(jù)求得的傾斜角度采用雙線性插值法進(jìn)行傾斜圖像的旋轉(zhuǎn)。
第2、對(duì)如圖3傾斜校正后的心電圖像進(jìn)行處理，提取出心電曲線如圖5所示； 第2. 1、根據(jù)已得到的上下邊緣直線進(jìn)行圖像截取，只提取出心電圖部分，如圖4 ； 第2. 2、根據(jù)灰度直方圖獲得背景網(wǎng)格和前景波形曲線的灰度值范圍；第2. 3、根據(jù)心電曲線像素值與背景網(wǎng)格像素值的差異，采用閾值法，將波形曲線從背景網(wǎng)格中提取出來(lái)；第2. 4、采用鄰域判斷法將提取曲線后遺留的孤立干擾點(diǎn)去掉； 第2. 5、對(duì)純凈的心電曲線離散化，求出曲線上各離散點(diǎn)的坐標(biāo)值。
第3、獲得心電曲線上各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值；第3.1、根據(jù)掃描儀的分辨率求出每毫米所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，即Number of pixels/ mm= DPI/25. 4 ；第3. 2、根據(jù)每毫米所包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及紙速25mm/s和電壓代表值lOmm/mv分 別求出每個(gè)離散像素點(diǎn)代表的時(shí)間值time-scale/pixel和電壓值voltage-scale/pixel， 其中
權(quán)利要求
1.一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法，其特征在于主要包括以下步驟第1、將紙質(zhì)心電圖掃描，并對(duì)獲得的心電圖灰度圖像進(jìn)行傾斜校正處理； 第2、對(duì)心電圖像進(jìn)行處理，提取出心電曲線； 第3、獲得心電曲線上各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值； 第4、重建心電波形以及導(dǎo)聯(lián)信息； 第5、驗(yàn)證重建波形的準(zhǔn)確度；第6、將各離散點(diǎn)的時(shí)間電壓值以及重建的波形圖存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第1步的具體操作過(guò)程如下 第1. 1、采用閾值法獲得圖像中心電圖紙的上下邊緣點(diǎn)；第1. 2、根據(jù)得到的上下邊緣點(diǎn)擬合上下邊緣中的任意一條； 第1. 3、根據(jù)擬合直線的斜率求得傾斜角度； 第1.4、采用雙線性插值法進(jìn)行傾斜圖像的旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第2步的具體操作過(guò)程如下 第2. 1、根據(jù)閾值法，提取出心電圖部分；第2. 2、獲得背景網(wǎng)格和前景波形曲線的灰度值范圍； 第2. 3、根據(jù)閾值法，將波形曲線從背景網(wǎng)格中提取出來(lái)； 第2. 4、對(duì)提取曲線后遺留的干擾點(diǎn)進(jìn)行去噪處理； 第2. 5、求出曲線上各離散點(diǎn)的坐標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第3步的具體操作過(guò)程如下第3.1、根據(jù)掃描儀的分辨率求出每毫米所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，即Number of pixels/ mm= DPI/25. 4 ；第3. 2、根據(jù)每毫米所包含的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及紙速25mm/s和電壓代表值lOmm/mv分 別求出每個(gè)像素點(diǎn)代表的時(shí)間值time-scale/pixel和電壓值voltage-scale/pixel，其 中
全文摘要
一種紙質(zhì)心電圖數(shù)字化方法，本發(fā)明結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)臨床上的大量紙質(zhì)心電圖進(jìn)行重建存儲(chǔ)操作。包括將紙質(zhì)心電圖掃描并對(duì)獲得的心電圖灰度圖像進(jìn)行傾斜校正處理、提取紙質(zhì)心電圖中的心電曲線、獲得曲線上各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值、重建心電曲線及導(dǎo)聯(lián)信息、存儲(chǔ)各離散點(diǎn)的時(shí)間-電壓值到數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)重建后波形圖到數(shù)據(jù)庫(kù)。本方案為將臨床采集紙質(zhì)心電圖的病癥信息添加到數(shù)字心電信息管理系統(tǒng)提供了可能，豐富了病例庫(kù)；解決了紙質(zhì)心電圖易破損、易丟失(破損或丟失后不能恢復(fù))、不易保存、以及管理瑣碎易出錯(cuò)的難題；為臨床分析和科學(xué)研究提供了方便，減少了搜索查找時(shí)間，提高了效率；可用于網(wǎng)絡(luò)就醫(yī)、多專家會(huì)診，提高了診斷質(zhì)量。
文檔編號(hào)A61B5/0402GK102038498SQ201110022669
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者史國(guó)潔, 戴敏, 鄭剛 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)