一种心电图波形提取方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710283977.2 (22)申请日 2017.04.26 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南开区卫津路92号 (72)发明人 王建 庞彦伟 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代 理事务所 12201 代理人 程毓英 (51)Int.Cl. A61B 5/0402(2006.01) (54)发明名称 一种心电图波形提取方法 (57)摘要 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；

2、 (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 AREAiTH2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。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 107174232 A 2017.09.19 CN 107174232

3、A 1.一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： VIR-|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

4、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AREAiTH2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

5、裂， 则用线性插 值方法填补数据， 最终处理结果用BW表示。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 107174232 A 2 一种心电图波形提取方法 技术领域 0001 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 0002 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

6、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。 0003 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

7、， 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。 发明内容 0004 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： 0005 一种心电图波形提取方法， 包括下列步骤： 0006 (1)构造强度图像 0007 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： 0008 VIR-|IG-IB| 0009 (2)中值滤波 0010 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。 0011 (3

8、)提取边缘图 0012 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； 0013 (4)心电波形分割， 方法如下 0014 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； 0015 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； 说 明 书 1/3 页 3 CN 107174232 A 3 0016 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

9、值图， 用BW3表示； 0017 (5)心电图波形提取， 方法如下： 0018 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； 0019 第二步： 将满足AREAiTH2的区域判为干扰区域滤除， 处理结果用BW4表示； 0020 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； 0021 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 0022 图1所提方法流程图 0023 图2中值滤波模板示意图 00

10、24 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 0025 下面结合附图和实施例对本发明进一步描述： 0026 1、 构造强度图像 0027 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： 0028 VIR-|IG-IB| (1) 0029 2、 中值滤波 0030 根据心电波形和背景网格点结

11、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。 0031 3、 提取边缘图 0032 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。 0033 4、 心电波形分割 0034 使用下述方法， 完成心电图波形的分割： 0035 算法1： 心电图波形分割算法 0036 第一步： 选取BW

12、2中取值为1点在F中对应的灰度值， 构建数据集DA。 0037 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。 0038 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。 0039 5、 心电图波形提取 说 明 书 2/3 页 4 CN 107174232 A 4 0040 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： 0041 算法2： 心电图波形提取 0

13、042 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。 0043 第二步： 将满足AREAiTH2的区域判为干扰区域滤除， 处理结果用BW4表示。 0044 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。 0045 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。 0046 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 17501275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。 说 明 书 3/3 页 5 CN 107174232 A 5 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/1 页 6 CN 107174232 A 6