基于热敏打印的心电曲线平滑算法的研究及实现

　　心电曲线的打印输出已由最初的机电描笔式打印方式逐渐发展成为目前的热敏打印方式[122]。热敏打印机具有体积小、重量轻、噪声低、速度快、可靠性高及打印字符清晰等优点,成为小型医疗仪器心电图机的首选[8]。实现心电曲线的热敏打印要解决两个关键问题:第一,如何将心电数据转换成打印数据;第二如何将打印数据连线后输出。针对第二个问题,最初的方法是模拟机电描笔试打印方式,这种方法在波峰变化剧烈时,会出现断点,影响医护人员观察、诊断;人们提出另外一种方法就是模拟液晶显示原理,将两个相邻的打印数据点用线连接起来[324]。通过实验验证,此种方法在心电图机处于高速走纸状态下(50 mm/s),QRS波群会出现严重阶越现象。为了解决上述问题,本文给出一种改进算法,同时给出实现该算法的硬件原理图和实验结果。实验结果表明,使用改进算法打印出来的心电曲线清晰、平滑,阶越现象得到明显的改善。

　　1　曲线平滑原理

　　热敏打印曲线显示原理与液晶显示原理基本一致[3]。热振头上的热敏电阻对应液晶屏上的象素点。这样热敏打印机工作时就会产生同样的问题,曲线轨迹按象素点的尺寸取整后描点而成的图形不可避免地会出现误差和锯齿。本文以直线为例来阐述曲线平滑原理。图1示出由普通直线画法所画三条直线的象素点构成情况,其中(a)为竖直直线,(b)为水平直线,(c)为45°角的斜线,这三根直线不仅灰度不一样,而且粗细也不一样:(a)和(b)颜色深而且粗,(c)颜色浅而且细。如果把与(c)相邻的各点(虚线经过的点)中靠近(c)的半点置为与(c)一样的颜色,则可以减小(c)与(a)、(b)之间颜色与粗细的差距,但是象素是不可再分的最小单位。折中的方法是将(c)的相邻点全部加热,加粗曲线,这样便可较大改善曲线的平滑性。

　　这里以(c)斜线的平滑绘制为例来说明平滑原理的具体实现,见图2。即对原坐标进行放大再计算,将一个象素点分为原来的N个子点,每个子点对应于图2中的一个方块。为了便于计算,分块数应为2的幂次,最简单的是将每个象素分为四块,原斜线放大两倍。绘制斜线过程当中,每计算出一个象素点便将其右下方相邻的三个点打印出来,图中黑颜色的方块对应实际的象素点,灰颜色的方块为其右下方相邻的三个点,起到平滑曲线的作用。每个象素点分块数越多,放大倍数越大,平滑性就越好。但也不能无限放大,否则会增加算法的工作量,降低运算速度。由于心电波形除基线外,P波、T波和QRS波群均不是图1和图2所示的理想直线、斜线,因此波形绘制并不能够严格按照上述方法实现。本着上述放大曲线的思想,本文提出一种平滑心电曲线的改进算法,具体实现如下面所述。