臺灣博碩士論文加值系統

雖然目前多半的心電圖儀都能將心電圖儲存在記憶體中與列印在紙張上，但是至今還有許多心電圖仍以紙本形式存在舊病歷資料中，這些長久以來所累積記錄在圖紙上的各種心電圖波形，大多已經由專科醫師做過心臟疾病的標記與判讀，所以這些資料在醫學研究與教學訓練上相當具有價值。但是這些舊的紙本心電圖中有許多是繪製在熱感紙上並有嚴重的褪色，因此很難直接使用電腦以數位影像處理來自動數位化。此研究建立了一套處理流程，在電腦將心電圖轉換成數位格式之前，先以人工將變形與不清楚的波形進行調整與描繪。為了確定人工描繪波形的可接受度，計算了各心電圖之間的相關係數與均方根誤差百分比來分析人工描繪所產生的誤差。結果顯示關係數都可達0.97以上，而PRD則可以低到15%左右，此外比較經過人工描繪之正常心電圖的R波自動偵測定位也可確認其影響程度。整體而言，以人工描繪的波形與原始波形之間仍然有相當高的一致性。

Most modern electrocardiographs can store electrocardiograms in memory and printing them out in paper. However, many electrocardiograms are still in paper format kept in old patient records. These electrocardiograms are valuable information for medical research and training because they already have been diagnosed and marked by specialists. Many of these old electrocardiogram were drawn on thermal paper and seriously fading. They are very difficult to be digitized automatically using image processing technique. In this study, a procedure was taken to trace the electrocardiogram by hand before the computerized waveform digitization. The distortion of digitization was analyzed by calculating the percent root-mean-square difference and correlation coefficient of repeated quantization. The results show that the correlation coefficient is generally over 0.97 and the PRD value is around 15%. Automatic detection of position and amplitude of R-wave in electrocardiogram signals was also used to verify the consistence. This study shows that the tracing drawing of signal waveform is highly consistent with the original signal.

摘要
Abstract
致謝
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 緒論
1-1研究背景
1-2研究動機
1-3研究目的
1-4文獻回顧
第二章 原理
2-1心電圖記錄紙
2-2掃描解析度與取樣頻率的關係
2-3掃描解析度與振幅和時間的關係
2-4細線化
2-5數位化訊號的量化比較分析
2-5-1百分比均方根誤差(PRD)
2-5-2相關係數 (rXY)
2-5-3xy散布圖
2-5-4R波自動偵測分析
第三章 材料與方法
3-1紙本心電圖的數位化流程
3-2人工心電圖變形修正
3-3人工波形描繪
3-4數位化軟體
3-5細線化與折點修正之分析
3-6人工描繪之影響的分析
3-6-1描繪再現性的分析
3-6-2描繪練習對精準度影響的分析
3-7描繪數位訊號的正確性分析
第四章 結果與討論
4-1細線化與折點修正的結果
4-2描繪失真的累積
4-3描繪練習的影響
4-4描繪所造成的數位訊號差異
第五章 結論
參考文獻
附錄
附錄一 數位化流程各階段圖檔
附錄二 原始訊號與描繪訊號散布圖
附錄三 10筆訊號的R波時間點位置與振幅電壓
附錄四 原始R波訊號與描繪R波訊號分布圖
附錄五 原始與描繪R波訊號之相差電壓與秒數

圖目錄
圖 1-1 剪貼於病例本的心電訊號以及註解........................................................................1
圖 1-2 經由影像軟體修正後二值化的影像........................................................................2
圖 1-3 歪斜、亮度不均、皺褶、泛黃且褪色以及標記覆蓋的心電圖............................4
圖 2-1 心電圖方格紙所代表的訊號大小與時間................................................................6
圖 2-2 不同解析度間所包含的像素點數量........................................................................8
圖 2-3 不同解析度每一點所代表的振幅與時間................................................................9
圖 2-4 三角波、方波、弦波在不同解析度下的線條寬度..............................................10
圖 2-5 心電圖波形的細線化，右圖灰色部分是原始波形，黑色是細線化後波形......10
圖 2-6 心電圖訊號波形上下平移或傾斜時，對 xy 散佈的影響....................................14
圖 3-1 紙本心電圖數位化流程..........................................................................................15
圖 3-2 紙本心電圖於電子圖像修改軟體的修改流程......................................................17
圖 3-3 (a)繪製上寬度為 1cm，間格為 2cm 的輔助線。(b) 繪製上寬度為 1cm，間
格為 1cm 的輔助線 .............................................................................................................18
圖 3-4 兩訊號影像合併後繪製尺寸參考輔助線與定位方格..........................................19
圖 3-5 描圖紙與列印訊號定位方格疊合過程..................................................................20
圖 3-6 數位化軟體之介面..................................................................................................21
圖 3-7 將圖檔載入數位化軟體..........................................................................................21
圖 3-8 計算圖檔大小..........................................................................................................22
圖 3-9 重新取樣並數位化..................................................................................................23
圖 3-10 以人工修正數位化後不正確的取樣點................................................................24
圖 3-11 修正的過程，紅色箭頭表示取樣點在不正確的位置........................................24
圖 3-12 訊號修正完成後儲存檔案....................................................................................25
圖 3-13 紙本心電圖訊號的數位化流程與波形圖............................................................25
圖 3-14 心電圖數位化的驗證流程....................................................................................27
圖 3-15 紙本病例樣本。(a)為正常心電訊號( Nor)、(b)為心室頻脈(VT)、(c)為心室
震顫(VF) ..............................................................................................................................28
圖 3-16 反復疊代描繪訊號波形........................................................................................28
圖 3-17 十筆數位心電訊號原始波形，(a)Nor1、(b)Nor2、(c)Nor3、(d)JPC、(e)JR、
(f)PAC、(g)LBBB、(h)RBBB、(i)SB 與(j)ST ..................................................................30
圖 3-18 原始數位訊號與數位化訊號驗證流程................................................................31
圖 4-1 Normal 訊號的數位化.............................................................................................34
圖 4-2 VT 訊號的數位化....................................................................................................34
圖 4-3 VF 訊號的數位化....................................................................................................35
圖 4-4 原始 PAC 心電圖數位訊號(藍線)與描繪後以 300dpi 掃描再數位化的訊號
(紅色) ...................................................................................................................................47
圖 A1 心電圖 Nor1 訊號....................................................................................................54
圖 A2 心電圖 Nor2 訊號....................................................................................................54
圖 A3 心電圖 Nor3 訊號....................................................................................................54
圖 A4 心電圖 JPC 訊號......................................................................................................55
圖 A5 心電圖 JR 訊號........................................................................................................55
圖 A6 心電圖 PAC 訊號.....................................................................................................55
圖 A7 心電圖 LBBB 訊號..................................................................................................55
圖 A8 心電圖 RBBB 訊號..................................................................................................56
圖 A9 心電圖 SB 訊號 .......................................................................................................56
圖 A10 心電圖 ST 訊號......................................................................................................56
圖 A11 原始數位訊號與人工描繪數位訊號之間的電壓值的比較 ................................59
圖 A12 原始訊號與人工描繪訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓比較........................66
圖 A13 原始數位訊號與人工數位化訊號之 R 波的時間與電壓差值............................69
表目錄
表 2-1 不同解析度每一點所代表的振幅與時間................................................................9
表 2-2 相關係數的相關程度..............................................................................................12
表 4-1 不同解析度下有/無細線化訊號的分析結果.........................................................32
表 4-2 在不同掃描解析度下有/無折點修正的結果.........................................................33
表 4-3 掃描解析度 300dpi 下描繪誤差的累積影響.........................................................37
表 4-4 掃描解析度 600dpi 下描繪誤差的累積影響.........................................................38
表 4-5 300dpi 與 600dpi-Normal 訊號的相互比較分析...................................................40
表 4-6 300dpi 與 600dpi-VT 訊號的相互比較分析..........................................................41
表 4-7 300dpi 與 600dpi-VF 訊號的相互比較分析..........................................................42
表 4-8 以 300dpi 掃描之 Normal 訊號的各次描繪波形比較 ..........................................44
表 4-9 以 300dpi 掃描之 VT 訊號的各次描繪波形比較 .................................................44
表 4-10 以 300dpi 掃描之 VF 訊號的各次描繪波形比較................................................44
表 4-11 以 600dpi 掃描之 Normal 訊號的各次描繪波形比較.........................................45
表 4-12 以 600dpi 掃描之 VT 訊號的各次描繪波形比較 ...............................................45
表 4-13 以 600dpi 掃描之 VF 訊號的各次描繪波形比較................................................45
表 4-14 各解析度下描繪練習的平均結果........................................................................46
表 4-15 原始數位訊號與再生數位化訊號之比較分析....................................................48
表 4-16 原始數位訊號與經過人工描繪數位訊號的心律分析比較................................49
表 4-17 原始訊號與人工描繪訊號的 R 波時間與電壓的相關係數...............................50
表 A1 Nor1 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓 ............................................................60
表 A2 Nor2 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓 ............................................................60
表 A3 Nor3 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓 ............................................................61
表 A4 JPC 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓..............................................................61
表 A5 JR 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓 ................................................................62
表 A6 PAC 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓 .............................................................62
表 A7 LBBB 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓..........................................................63
表 A8 RBBB 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓..........................................................63
表 A9 SB 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓................................................................64
表 A10 ST 訊號的 R 波時間點位置與振幅電壓..............................................................64

[1]　Kao, T., L.-J. Hwang, Y.-H. Lin, T.-H. Lin, and C.-H. Hsiao (2001), "Computer analysis of the electrocardiograms from ECG paper recordings." 2001 Proceedings of the 23rd Annual EMBS International Conference. Istanbul, Turkey, 25-28 October, 3232-3234.
[2]　Wang, J. T. and D. P. Mital (1996), "A microcomputer-based prototype for ECG paper record conversion." Journal of Network and Computer Applications, v19: 295-307.
[3]　Hwang, L.-H. (1997), "Data Acquisition of Electrocardiograms in Paper Records." Master thesis on Biomedical Engineering, National Yang-Ming Medical University, Taipei, Taiwan.
[4] Badilini, Fabio, Tanju Erdem, Wojciech Zareba, and Arthur J. Moss (2005), "ECGScan: a method for conversion of paper electrocardiographic printouts to digital electrocardiographic files." Journal of Electrocardiology, v38: 310-318.
[5]　Ravichandran, L., Chris Harless, Amit J. Shah, Carson A. Wick, James H. Mcclellan, and Srini Tridandapani (2013), "Novel tool for complete digitization of paper electrocardiography data." Journal of Translational Engineering in Health and Medicine, v1: 1800107-1800107.