本發(fā)明涉及心電圖掃描圖像的數(shù)字化處理技術，尤其是針對心電圖掃描圖像的心電波形提取技術。

背景技術：

數(shù)字處理技術及人工智能的發(fā)展，使心電信號的識別、分析、歸類有可能實現(xiàn)計算機自動處理。其中，針對心電波形數(shù)據(jù)的提取與量化是實現(xiàn)上述功能的前提。目前絕大多數(shù)心電圖病歷是以硬拷貝的形式存在心電圖紙上。為了方便對心電數(shù)據(jù)進行自動分析與識別，需要將心電圖紙進行掃描，存儲為數(shù)字圖像文件，然后從圖像中提取心電數(shù)據(jù)，并轉換為數(shù)字形式進行存儲。如何能夠有效且準確提取心電曲線，是實現(xiàn)心電信息的存儲、歸檔和分析處理的前提。

由于掃描或者拍攝條件的約束，心電圖圖像會出現(xiàn)彎曲、傾斜、等畸變現(xiàn)象，因此首先要進行預處理，校正各類畸變，再完成心電波曲線信息的提取。研究者們已提出一些心電圖波形提取方法，如王志禎提出了一種心電圖曲線提取方法，他們采用高斯模糊去除噪聲，然后使用otsu二值化技術分離背景網(wǎng)格和心電圖波形，該方法雖然處理速度較快，但基于全局閾值的方法并不能很好區(qū)分網(wǎng)格點和心電圖波形。史國潔使用一種改進k-means技術對心電圖數(shù)據(jù)點進行分類，實驗結果表明，使用該方法檢測出的心電圖波形圖存在明顯斷裂情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種針對心電圖掃描圖像的心電波形快速提取方法，可以將心電圖波形從背景中快速分離，為心電波形的數(shù)字化過程做好準備。技術方案如下：

一種心電圖波形提取方法，包括下列步驟：

(1)構造強度圖像

輸入的掃描圖像i，分別用ir、ig和ib表示紅、綠、蘭三通道圖像，使用下式構造i對應的強度值圖像v：

v＝ir-|ig-ib|

(2)中值濾波

選用“十字形”中值濾波器對i進行濾波處理，用f表示增強結果圖像。

(3)提取邊緣圖

使用sobel算子，檢測f中的邊緣點，用bw1表示得到二值圖；使用半徑為2的碟形結構元，對bw1進行膨脹運算，用bw2表示新的二值圖，bw2稱為邊緣二值圖；

(4)心電波形分割，方法如下

第一步：選取bw2中取值為1點在f中對應的灰度值，構建數(shù)據(jù)集da；

第二步：將da中數(shù)據(jù)按照從小到大順序排列，選取位于中間位置點所對應的數(shù)值，記為th1；

第三步：使用th1做為閾值，將滿足f中取值小于等于th1的點，判為心電圖波形點，得到心電圖波形二值圖，用bw3表示；

(5)心電圖波形提取，方法如下：

第一步：計算bw3中各連通區(qū)域的面積，即該連通區(qū)域內(nèi)像素點的總數(shù)，用areai表示，其中下標i表示連通區(qū)域的序號；

第二步：將滿足areai<th2的區(qū)域判為干擾區(qū)域濾除，處理結果用bw4表示；

第三步：使用形態(tài)學細化算法對bw4進行處理，處理結果用bw5表示；

第四步：從左至右掃描bw5中各心電波形，如果相鄰兩波形點之間存在斷裂，則用線性插值方法填補數(shù)據(jù)，最終處理結果用bw表示。

附圖說明

圖1所提方法流程圖

圖2中值濾波模板示意圖

圖3所提方法處理結果示意圖(a)掃描心電圖(b)提取出的心電波形圖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步描述：

1、構造強度圖像

輸入的掃描圖像(用i表示)通常是彩色的，由紅(r)、綠(g)、藍(b)三分量組成。分別用ir、ig和ib表示三通道圖像。心電圖掃描圖像主要由黑色或深灰色的心電波形、紅色的網(wǎng)格點，以及白色的背景點等三類區(qū)域構成。三類區(qū)域的灰度值存在一定差別，使用下式構造i對應的強度值圖像，用v表示：

v＝ir-|ig-ib|(1)

2、中值濾波

根據(jù)心電波形和背景網(wǎng)格點結構特點，選用“十字形”中值濾波器對i進行濾波處理，目的是在抑制噪聲的同時，盡量保持圖像中的邊緣信息。所采用的“十字形”中值濾波器結構如圖2所示。圖中帶有“·”標志的點為中心點，即當前處理點。用f表示增強結果圖像。

3、提取邊緣圖

使用sobel算子，檢測f中的邊緣點，用bw1表示得到二值圖。使用半徑為2的碟形結構元，對bw1進行膨脹運算，用bw2表示新的二值圖，bw2稱為邊緣二值圖。

4、心電波形分割

使用下述方法，完成心電圖波形的分割：

算法1：心電圖波形分割算法

第一步：選取bw2中取值為1點在f中對應的灰度值，構建數(shù)據(jù)集da。

第二步：將da中數(shù)據(jù)按照從小到大順序排列，選取位于中間位置點所對應的數(shù)值，記為th1。

第三步：使用th1做為閾值，將滿足f中取值小于等于th1的點，判為心電圖波形點，得到心電圖波形二值圖，用bw3表示。

5、心電圖波形提取

bw3中可能存在各種干擾區(qū)域，采用上述步驟得到bw3中的心電波形較粗，不利于數(shù)據(jù)提取。借助連通域分析和形態(tài)學處理技術，采用以下算法，提取心電圖波形：

算法2：心電圖波形提取

第一步：計算bw3中各連通區(qū)域的面積，即該連通區(qū)域內(nèi)像素點的總數(shù)，用areai表示，其中下標i表示連通區(qū)域的序號。

第二步：將滿足areai<th2的區(qū)域判為干擾區(qū)域濾除，處理結果用bw4表示。

第三步：使用形態(tài)學細化算法對bw4進行處理，處理結果用bw5表示。

第四步：從左至右掃描bw5中各心電波形，如果相鄰兩波形點之間存在斷裂，則用線性插值方法填補數(shù)據(jù)，最終處理結果用bw表示。

采用windows10系統(tǒng)下的matlab2015b作為實驗仿真平臺。選用50幅ecg掃描圖像作為測試集。采用本專利提出的方法對測試圖像進行處理，得到了良好的處理效果。對于1750×1275大小的圖像，采用所提方法的處理速度平均為286ms，處理速度非常迅速。圖3給出了部分處理結果圖像，其中(a)為掃描圖像，(b)為提取出的心電波形圖。由實驗結果可見，采用本專利所提方法，可以快速準確地提取心電圖掃描圖像中心電圖波形。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種心電圖波形提取方法，包括：(1)構造強度圖像；(2)中值濾波；(3)提取邊緣圖；(4)心電波形分割；(5)心電圖波形提取，方法如下：第一步：計算BW3中各連通區(qū)域的面積，即該連通區(qū)域內(nèi)像素點的總數(shù)，用AREAi表示，其中下標i表示連通區(qū)域的序號；第二步：將滿足AREAi<TH2的區(qū)域判為干擾區(qū)域濾除，處理結果用BW4表示；第三步：使用形態(tài)學細化算法對BW4進行處理，處理結果用BW5表示；第四步：從左至右掃描BW5中各心電波形，如果相鄰兩波形點之間存在斷裂，則用線性插值方法填補數(shù)據(jù)，最終處理結果用BW表示。

技術研發(fā)人員：王建;龐彥偉
受保護的技術使用者：天津大學
技術研發(fā)日：2017.04.26
技術公布日：2017.09.19