心電圖與心電向量圖分層處理的技術方法及效果例析*

張 帆，于小林，谷 方

心電圖(ECG)和心電向量圖(VCG)是以線條或淚點為主要組成的醫學圖像。多屬于位圖，但具備矢量圖的外觀特性，是醫學圖像處理中的難點。臨床心電學界的技術和學術交流的主要形式是臨床圖片，對其清晰度、對比度和保真度均有很高的要求。但是在實際工作中，限于各種因素，在資源的收集和圖的拍攝所獲得的數字圖片，存在著線(點)模糊難辨等問題，嚴重地影響了學術交流和醫學教學。用計算機分層圖片處理技術將這類圖片美化，將大大提高閱者對圖的理解和認識。

分層圖形處理技術是將ECG或VCG作為圖片被處理對象，載入具備圖層功能的計算機圖片處理軟件中進行美化的過程。常用的計算機軟件有:adobe photoshop PS、adobe illustrator AI和SAI等。PS應用最為普遍，圖形處理效果良好;AI擅長處理線圖和點圖，容易獲得優質的圖形處理效果;SAI是著名的手繪軟件，也以線圖描繪為特長，并且占用資源低，但醫學應用不及前者普遍。諸多分層圖形處理軟件中掌握其中一種即可。若在圖片處理中結合其它簡單的平面圖軟件(畫圖板，美圖秀秀)等，可使圖形處理快捷簡便。

例1 心電圖網格背襯清晰，但心電圖主體線條不清晰甚至斷線，見圖1A。

這類圖片在臨床中最常見。主要因為有些熱敏心電圖紙描記的心電圖保存一定時間后會出現不同程度的線條褪色，在褪色前未及時進行拍攝保存所致。圖形處理目的主要是突出心電圖的主體線條。由于原圖中已經出現明顯的斷線部分，因此不能僅僅做圖形的線條加粗處理，而需要重新描線。這類圖片雖然可采用單圖層線條加粗方法，但在線條的繪制過程中，如果出現重影等情況需要修改圖片時，往往容易對背襯的網格坐標形成損傷，處理起來不及分層上手。用分層處理時，將原片放在底層，在新增一層上以原圖心電圖線為基準，通過描線的方式覆蓋纖細斷線的原圖，繪制過程可方便地進行修改，不會影響到原圖。繪制完成后還可調整原圖的亮度/對比度與前景心電圖線條主體達成最佳配合，然后合并圖形保存，以便日后調用。處理后的效果見圖1B。

圖1 心電圖主體線條不清晰甚至斷線

例2 心電圖網格背襯過度粗重，使心電圖主體線條不突出(圖2A)。

這類圖片多見于以往文獻中膠片翻拍制版技術的附圖，其中外文文獻占較大的成分。雖然圖片陳舊古老，但學術價值高，交流意義大。處理該類圖片的思路是，將原片設為底層，調大圖片的亮度使網格坐標背襯達到合適的亮度，在新增一層上以原圖的心電圖線條為基準進行描線，然后調整線條位置和修改底層原圖消除重影，調節底層亮度/對比度使之與前景心電圖線條主體達成最佳配合，合并圖層并保存。處理后的效果見圖2B。

圖2 心電圖背襯過粗重，主體線條不突出處理前后

例3 心電圖背景網格不清，或無網格，但主體線條清晰，見圖3A。

與心電圖線條主體相比，網格坐標的繪制費時費工。鑒于該部分屬于具有共性的參考計量圖形，完全可用清晰的坐標網格圖取而代之而無需重新繪制，但需要將一備好的網格坐標圖置于底層。由于心電圖主線清晰可用，因此圖片的分層處理非常簡單:將原圖調入網格坐標底層圖的上層，調整透明度使底圖的網格線與上層圖的背景網格線都清晰可見，調整底圖或上層圖使得兩圖的網格大小一致。這點非常重要，保證新換的清晰網格坐標與原圖大小一致。回到上層原圖，將透明度調回，然后用亮度/對比度調節去除不清晰的網格背景，同時增粗增黑心電圖主線條。通過魔術橡皮擦除白色背景，剪裁、合并圖層得到圖3B的效果。

圖3 心電圖背景網絡不清或無處理前后

這種圖形處理方法同樣適用于沒有網格背景的心電圖片。在與原圖進行坐標校對時，可考慮采用圖片提供的定標電壓的方法，如:增益定標為10mm/mV時，原圖定標電壓的大小即網格坐標的10 mm。振幅校對后紙速也隨之校正完畢。

例4 抓屏心電圖。抓屏心電圖是臨床上最多獲取圖片資料的方法之一。其優點是方便快捷，圖形固定，但缺點也顯而易見，一是部分軟件作圖界面采用暗背景，二是圖形有馬賽克失真(圖4A)。圖形雖然勉強能進行學術交流，但距離高質量圖形的印刷出版要求尚有較大的差距。圖1A要通過線條的重繪提取心電圖主體，然后在其底層附加清晰的網格坐標圖，其大小要嚴格與屏幕截圖進行校對;如果是紙質效果的抓屏圖，處理方法可參見本文例1的方式，在原圖上方建立新圖層并重新描繪心電圖主體線條即可，注意嚴格避免上下層重影的問題。圖4B是處理后的效果。

圖4 抓屏黑背景心電圖處理前后

在所有介紹過的分層圖形處理方法中，圖4A最復雜。既有心電圖主體線條的重繪，也有網格坐標背景圖的更換。但是這種方法應用最廣泛，圖形效果也最好，幾乎所有有問題的心電圖片都可應用此方法進行處理。

例5 抓屏心電向量圖(圖5A)。與心電圖不同的是，心電向量圖是以淚點的房室顯示圖形的主體，輔以圓形網格坐標背景圖。由于心電向量圖必須采用XY平面繪圖技術，因此軟件幾乎都在通用計算機上運行，抓屏圖成為獲取圖像的簡便常用的方法。

抓屏心電向量圖可在簡單的單層圖形處理軟件環境下進行［1］，但這種圖形的效果擺脫不了暗色背景的限制。若要獲得干凈漂亮的紙質圖形效果，必須使用分層圖片處理方式。圖5A的圖形處理方式雷同于圖4A，也是采用VCG主體淚點圖的提取加網格坐標背景圖的更換。新加的網格背景圖在坐標上應與原圖進行校對，以保證測量尺度在圖形處理后與處理前相一致。心電向量圖的淚點繪制不同于心電圖的線規描繪，而是在畫點的基礎上，再畫尾線。描繪的相關原則是，原圖的淚點越密集，繪點直徑越小，相反，淚點越疏松，繪點直徑越大。尾線的原則也是隨著淚點的疏密程度而定，疏松時尾線長，密集時尾線短或無尾線。抓屏心電向量圖的分層處理效果見圖5B。

圖5 抓屏心電向量圖處理前后

例6 竇性早搏的教學示意圖制作。教學示意圖不同于學術交流的醫學圖片，是用直觀易懂的圖形闡述所要表達的知識內容，因此可以使用虛擬圖形來表達所要講述的內容。竇性早搏是臨床上罕見的心律失常，其描記需要嚴格的屏氣后排除呼吸性竇不齊的基礎上獲得，取得真圖臨床機會不多。可使用正常心電圖段(圖6A)作為素材，根據竇性早搏的形成原理和心電圖表現特點，經過分層圖形處理后獲得(圖6B)。由于要對基本心電圖圖形進行加工處理，所選素材最好是沒有網格背景的裸圖，所需示意的心電圖主體線條圖加工完畢后，配上網格坐標背景圖即成。這里，示意圖的網格背景僅僅用作襯托效果，不做嚴格認真的定量測算分析，所以無需校對，但大體范圍應該符合心電圖的描記常規，以適合學者的觀察與瀏覽。竇性早搏的圖形制作較容易。將第3個心搏后的整段心電圖選區后，向前平移整個選區圖段，掩蓋部分基線后與前一搏心電圖的T波結束點后進行對接，略作圖處理去除交界痕跡后即成。

圖6 竇性早搏的教學示意圖制作

［1］于小林，谷 方．用winXP自帶畫圖板美化截屏心電向量圖［J］．江蘇實用心電學雜志，2013，22(2):604－606．