本發(fā)明涉及ecg圖像診斷、圖像識別和處理、圖像信號提取和數(shù)值信號轉(zhuǎn)化、多模態(tài)，更具體地說，特別涉及一種從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、心電圖(electrocardiography、ecg或者ekg)是一種通過記錄心臟電生理活動的診療技術(shù)，它以時(shí)間為單位記錄心臟的電活動，并將其捕捉并記錄在接觸皮膚的電極上。盡管這種影像檢查非常簡單，但是心電圖的解釋需要大量訓(xùn)練，手動檢查和重新檢查心電圖紙質(zhì)記錄通常耗費(fèi)大量的時(shí)間，難以給出迅速準(zhǔn)確的預(yù)測，機(jī)器學(xué)習(xí)是一種利用算法識別一組數(shù)據(jù)中的模式并做出預(yù)測的方法，機(jī)器學(xué)習(xí)方法在心電圖(ecg)解釋上發(fā)揮了重要的作用。然而，目前大部分的機(jī)器學(xué)習(xí)方法都是基于原始ecg數(shù)值信號數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和建模。而在真實(shí)臨床場景下，由于心電圖設(shè)備廠商的限制，醫(yī)生和患者無法直接獲取到原始的ecg信號數(shù)據(jù)，只能對ecg進(jìn)行查看或紙質(zhì)打印導(dǎo)出。如果能夠從ecg拍攝圖像中(從屏幕中拍攝或?qū)堎|(zhì)ecg拍攝)提取對應(yīng)的心跳周期和數(shù)值信號，對ecg醫(yī)療數(shù)據(jù)的利用率將顯著提升。但是，目前將ecg拍攝圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號數(shù)據(jù)仍然具有挑戰(zhàn)性。

2、首先，用戶拍攝的醫(yī)療影像質(zhì)量不高給圖像識別與預(yù)測帶來了極大的困難。盡管原始的圖像比較清晰，但與圖像掃描不同，圖像拍攝中不同的角度，燈光條件，導(dǎo)致圖片色彩變化不均勻，特征不穩(wěn)定，不易被直接自動化診斷；其次，波峰區(qū)域的變化和與波形顏色相近的網(wǎng)格線嚴(yán)重破壞了圖像信號的提取準(zhǔn)確性和有效性；最后，將處理后的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)值信號，并且分割出完整的心跳周期至關(guān)重要。只有將機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)值信號，而不是原始圖像聯(lián)系，才可以得到準(zhǔn)確高效的預(yù)測結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，包括以下步驟：

4、s1、獲取患者ecg圖像；

5、s2、對所述ecg圖像進(jìn)行預(yù)處理；

6、s3、對預(yù)處理的后ecg圖像進(jìn)行信號預(yù)處理；

7、s4、對信號預(yù)處理后的ecg圖像提取心跳周期；

8、s5、對信號預(yù)處理后的ecg圖像進(jìn)行信號降維。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s2具體包括：

10、s20、使用pil庫加載所述ecg圖像，并使用streamlit庫實(shí)現(xiàn)用戶對圖像進(jìn)行-180、-90、0、90、180角度的旋轉(zhuǎn)以及針對裁剪框的裁剪，裁剪后的圖片使用scikit-image庫中的imread函數(shù)轉(zhuǎn)為表示該圖像的numpy數(shù)組；

11、s21、對裁剪后的圖像進(jìn)行分割，按照整體區(qū)域取得2/3的內(nèi)容作為分析數(shù)據(jù)，根據(jù)高度和寬度劃分出12個(gè)短導(dǎo)聯(lián)及1個(gè)長導(dǎo)聯(lián)，保存在導(dǎo)聯(lián)集合中；

12、s22、使用color.rgb2gray方法將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度化圖像。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括：

14、s30、將導(dǎo)聯(lián)轉(zhuǎn)換為灰度圖像，應(yīng)用高斯濾波平滑圖像，通過otsu閾值法尋找全局閾值執(zhí)行二值化操作，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為顯示特定波形的二值化圖像；

15、s31、采用輪廓技術(shù)對轉(zhuǎn)換后的二值化圖像進(jìn)行追蹤，提取出圖像中的輪廓信號，并使用minmaxscaler工具對數(shù)值進(jìn)行歸一化和縮放處理，使用fit_transform()函數(shù)進(jìn)行擬合和轉(zhuǎn)換，再使用pandas庫中的dataframe將數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出；

16、s32、設(shè)定x軸對應(yīng)的是高點(diǎn)和低點(diǎn)，y軸對應(yīng)的是曲線/形狀，將所有導(dǎo)聯(lián)的x軸中歸一化縮放的一維信號數(shù)值合并后單獨(dú)保存在csv文件中。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體為：針對縮放后的一維信號數(shù)值的csv文件，由極值點(diǎn)信息和對應(yīng)坐標(biāo)，進(jìn)行心跳周期的劃分與提取。

18、進(jìn)一步地，所述步驟s5具體為：使用加載的pca模型對輸入的csv文件進(jìn)行降維處理。

19、本發(fā)明還提供一種用于實(shí)現(xiàn)上述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法的裝置，包括：

20、獲取模塊，用于獲取患者ecg圖像；

21、第一預(yù)處理模塊，用于對所述ecg圖像進(jìn)行預(yù)處理；

22、第二預(yù)處理模塊，用于對預(yù)處理的后ecg圖像進(jìn)行信號預(yù)處理；

23、提取模塊，用于對信號預(yù)處理后的ecg圖像提取心跳周期；

24、降維模塊，用于對信號預(yù)處理后的ecg圖像進(jìn)行信號降維。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明用于紙質(zhì)心電圖的識別、處理任務(wù)，以增強(qiáng)ecg圖像診斷；本發(fā)明結(jié)合了ecg圖像在真實(shí)醫(yī)療診斷中面臨的各種挑戰(zhàn)；本發(fā)明提出在診斷過程中將拍攝的紙質(zhì)圖像，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像處理方法將心電圖紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)換為一維信號，并提取心電圖信號中存在的p、qrs和t波，以及心跳周期，以適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法針對ecg圖像的診斷，而且具體的處理圖像可以直接導(dǎo)出，所以該方法具有很好的可解釋性能和圖形化特征顯示。

技術(shù)特征：

1.一種從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，其特征在于，所述步驟s2具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，其特征在于，所述步驟s3具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，其特征在于，所述步驟s4具體為：針對縮放后的一維信號數(shù)值的csv文件，由極值點(diǎn)信息和對應(yīng)坐標(biāo)，進(jìn)行心跳周期的劃分與提取。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法，其特征在于，所述步驟s5具體為：使用加載的pca模型對輸入的csv文件進(jìn)行降維處理。

6.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的從ecg拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法的裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種從ECG拍攝圖像提取心跳周期和數(shù)值信號的方法及裝置.方法包括：S1、獲取患者ECG圖像；S2、對所述ECG圖像進(jìn)行預(yù)處理；S3、對預(yù)處理的后ECG圖像進(jìn)行信號預(yù)處理；S4、對信號預(yù)處理后的ECG圖像提取心跳周期；S5、對信號預(yù)處理后的ECG圖像進(jìn)行信號降維。本發(fā)明提出在診斷過程中將拍攝的紙質(zhì)圖像，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像處理方法將心電圖紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)換為一維信號，并提取心電圖信號中存在的P、QRS和T波，以及心跳周期，以適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法針對ECG圖像的診斷，而且具體的處理圖像可以直接導(dǎo)出，所以該方法具有很好的可解釋性能和圖形化特征顯示。

技術(shù)研發(fā)人員：彭紹亮,趙雄君,鄒林壯,習(xí)鵬,姬博亞,許力文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10