一种心电图波形提取方法与流程

本发明涉及心电图扫描图像的数字化处理技术，尤其是针对心电图扫描图像的心电波形提取技术。

背景技术：

数字处理技术及人工智能的发展，使心电信号的识别、分析、归类有可能实现计算机自动处理。其中，针对心电波形数据的提取与量化是实现上述功能的前提。目前绝大多数心电图病历是以硬拷贝的形式存在心电图纸上。为了方便对心电数据进行自动分析与识别，需要将心电图纸进行扫描，存储为数字图像文件，然后从图像中提取心电数据，并转换为数字形式进行存储。如何能够有效且准确提取心电曲线，是实现心电信息的存储、归档和分析处理的前提。

由于扫描或者拍摄条件的约束，心电图图像会出现弯曲、倾斜、等畸变现象，因此首先要进行预处理，校正各类畸变，再完成心电波曲线信息的提取。研究者们已提出一些心电图波形提取方法，如王志祯提出了一种心电图曲线提取方法，他们采用高斯模糊去除噪声，然后使用otsu二值化技术分离背景网格和心电图波形，该方法虽然处理速度较快，但基于全局阈值的方法并不能很好区分网格点和心电图波形。史国洁使用一种改进k-means技术对心电图数据点进行分类，实验结果表明，使用该方法检测出的心电图波形图存在明显断裂情况。

技术实现要素：

本发明提出一种针对心电图扫描图像的心电波形快速提取方法，可以将心电图波形从背景中快速分离，为心电波形的数字化过程做好准备。技术方案如下：

一种心电图波形提取方法，包括下列步骤：

(1)构造强度图像

输入的扫描图像i，分别用ir、ig和ib表示红、绿、兰三通道图像，使用下式构造i对应的强度值图像v：

v＝ir-|ig-ib|

(2)中值滤波

选用“十字形”中值滤波器对i进行滤波处理，用f表示增强结果图像。

(3)提取边缘图

使用sobel算子，检测f中的边缘点，用bw1表示得到二值图；使用半径为2的碟形结构元，对bw1进行膨胀运算，用bw2表示新的二值图，bw2称为边缘二值图；

(4)心电波形分割，方法如下

第一步：选取bw2中取值为1点在f中对应的灰度值，构建数据集da；

第二步：将da中数据按照从小到大顺序排列，选取位于中间位置点所对应的数值，记为th1；

第三步：使用th1做为阈值，将满足f中取值小于等于th1的点，判为心电图波形点，得到心电图波形二值图，用bw3表示；

(5)心电图波形提取，方法如下：

第一步：计算bw3中各连通区域的面积，即该连通区域内像素点的总数，用areai表示，其中下标i表示连通区域的序号；

第二步：将满足areai<th2的区域判为干扰区域滤除，处理结果用bw4表示；

第三步：使用形态学细化算法对bw4进行处理，处理结果用bw5表示；

第四步：从左至右扫描bw5中各心电波形，如果相邻两波形点之间存在断裂，则用线性插值方法填补数据，最终处理结果用bw表示。

附图说明

图1所提方法流程图

图2中值滤波模板示意图

图3所提方法处理结果示意图(a)扫描心电图(b)提取出的心电波形图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述：

1、构造强度图像

输入的扫描图像(用i表示)通常是彩色的，由红(r)、绿(g)、蓝(b)三分量组成。分别用ir、ig和ib表示三通道图像。心电图扫描图像主要由黑色或深灰色的心电波形、红色的网格点，以及白色的背景点等三类区域构成。三类区域的灰度值存在一定差别，使用下式构造i对应的强度值图像，用v表示：

v＝ir-|ig-ib|(1)

2、中值滤波

根据心电波形和背景网格点结构特点，选用“十字形”中值滤波器对i进行滤波处理，目的是在抑制噪声的同时，尽量保持图像中的边缘信息。所采用的“十字形”中值滤波器结构如图2所示。图中带有“·”标志的点为中心点，即当前处理点。用f表示增强结果图像。

3、提取边缘图

使用sobel算子，检测f中的边缘点，用bw1表示得到二值图。使用半径为2的碟形结构元，对bw1进行膨胀运算，用bw2表示新的二值图，bw2称为边缘二值图。

4、心电波形分割

使用下述方法，完成心电图波形的分割：

算法1：心电图波形分割算法

第一步：选取bw2中取值为1点在f中对应的灰度值，构建数据集da。

第二步：将da中数据按照从小到大顺序排列，选取位于中间位置点所对应的数值，记为th1。

第三步：使用th1做为阈值，将满足f中取值小于等于th1的点，判为心电图波形点，得到心电图波形二值图，用bw3表示。

5、心电图波形提取

bw3中可能存在各种干扰区域，采用上述步骤得到bw3中的心电波形较粗，不利于数据提取。借助连通域分析和形态学处理技术，采用以下算法，提取心电图波形：

算法2：心电图波形提取

第一步：计算bw3中各连通区域的面积，即该连通区域内像素点的总数，用areai表示，其中下标i表示连通区域的序号。

第二步：将满足areai<th2的区域判为干扰区域滤除，处理结果用bw4表示。

第三步：使用形态学细化算法对bw4进行处理，处理结果用bw5表示。

第四步：从左至右扫描bw5中各心电波形，如果相邻两波形点之间存在断裂，则用线性插值方法填补数据，最终处理结果用bw表示。

采用windows10系统下的matlab2015b作为实验仿真平台。选用50幅ecg扫描图像作为测试集。采用本专利提出的方法对测试图像进行处理，得到了良好的处理效果。对于1750×1275大小的图像，采用所提方法的处理速度平均为286ms，处理速度非常迅速。图3给出了部分处理结果图像，其中(a)为扫描图像，(b)为提取出的心电波形图。由实验结果可见，采用本专利所提方法，可以快速准确地提取心电图扫描图像中心电图波形。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种心电图波形提取方法，包括：(1)构造强度图像；(2)中值滤波；(3)提取边缘图；(4)心电波形分割；(5)心电图波形提取，方法如下：第一步：计算BW3中各连通区域的面积，即该连通区域内像素点的总数，用AREAi表示，其中下标i表示连通区域的序号；第二步：将满足AREAi<TH2的区域判为干扰区域滤除，处理结果用BW4表示；第三步：使用形态学细化算法对BW4进行处理，处理结果用BW5表示；第四步：从左至右扫描BW5中各心电波形，如果相邻两波形点之间存在断裂，则用线性插值方法填补数据，最终处理结果用BW表示。

技术研发人员：王建;庞彦伟
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2017.04.26
技术公布日：2017.09.19