CN101862183B - 一种基于心磁特征快速确定心磁测量范围的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于心磁特征进行心脏磁场测量区域的确定方法，该方法通过心脏磁场的最大值Tmax、最小值Tmin和心磁零点T0，以及对应的坐标点Mmax、Mmin和M0，以心磁零点M0与最大值点Mmax、最小值点Mmin间的距离为半径画圆来分别确定含有最大值的心磁正向区域和含有最小值的心磁反向区域，进而得到覆盖了心磁正向和反向区域的矩形区域。本发明可快速、方便地获得心磁信号的测量范围，不但能尽可能多地获取有用的心磁信息，而且在此范围上进行测量，绘制心磁地图的等磁线与测量区域边框近似相切，为后续相关研究及诊断信息的提取提供有利条件。

Description

一种基于心磁特征快速确定心磁测量范围的方法

技术领域

本发明是关于心脏磁场信号测量技术，具体涉及一种基于心磁特征进行心脏磁场测量范围的快速确定的方法。

背景技术

心磁信号比常规的心电信号可以包含更丰富的信息，通过人体心脏磁场的测量进行心脏疾病的诊断，是近年来发展起来的全新的心脏病诊断技术，比常规心电图对某些心脏病的诊测更灵敏，具有无接触、无创的优势，有望在不久的将来用作临床诊断心脏疾病的重要技术手段。

目前，心磁信号的多点测量点位及测量覆盖范围的确定通常是采用基于人体结构确定心磁测量覆盖范围的方法，其覆盖范围的选择，是根据人体骨骼、胸围等解剖结构来进行，具体步骤包括：首先在人体体表选定一块区域作为测量覆盖范围，并将其划分成网格，如图1所示，进而测量格点位置上的心磁信号随时间的变化值。由于人体心脏在胸腔中位置和心跳强度等个体差异，这种依据人体生理结构确定心磁测量范围的方法通常存在不合理之处，容易导致所选测量范围过大或过小，没有将心磁偶极子信号区域合理覆盖。测量范围过大时，极易导致边界点附近信号太小，信号采集结果没有实际意义等一系列问题，使得获取的部分心磁数据没有参考和研究价值；测量范围过小时，难以覆盖心磁信号的有效区域，致使许多对诊断有潜在价值的心磁信息被遗漏。为克服这些问题，往往只有在多次多点测量结果之上，修正一个合理的测量覆盖范围后，才能获得准确、合理、有使用价值的测量结果。而这对于实际工作、特别是对于临床应用非常不利。在实际操作过程中，仪器的实用性和高效性至关重要，但是多次测量心磁和修改测量范围，过于麻烦，不能满足医生和患者的实际需要。

发明内容

本发明提出一种基于心磁特征快速确定心脏磁场测量范围的方法。

本发明的技术方案是：

一种基于心磁特征快速确定心脏磁场测量范围的方法，其步骤包括：

第一步，在人体胸前或背后平面上建立一平面直角坐标系，该坐标系的y轴方向为人体躯干纵向平行方向，x轴方向与y轴方向垂直；心磁测量在平行于人体胸前或背后的测量平面上进行，测得垂直于测量平面的心磁分量，设定从背后指向胸前的心磁信号为心磁正值，反之，为心磁负值。

第二步，通过计算得到心脏磁场的最大值Tmax、最小值Tmin和心磁零点T0，以及对应的坐标点Mmax、Mmin和M0。其中，定义：心磁信号正值区域(正向区域)的绝对极大值为心磁最大值，心磁信号负值区域(负向区域)的绝对极大值为心磁最小值。

第三步，以心磁最大值点Mmax为圆心，最大值点Mmax和心磁零点M0间的距离R为半径，做一个圆，此圆与x轴方向直线I相切于点A，此圆与y轴方向的直线II相切于点B；

第四步，以心磁最小值点Mmin为圆心，最小值点Mmin和心磁零点M0间的距离r为半径，做一个圆，此圆与x轴方向直线III相切于点C，此圆与y轴方向的直线IV相切于点D；

第五步，上述直线I、直线II、直线III和直线IV相交形成的正方形或矩形区域即为心脏磁场测量范围。

第二步中，利用插值计算得到心脏磁场的最大值点Mmax、最小值点Mmin和心磁零点M0，具体包括：

1)在上述坐标系中，分别以剑突和锁骨肩峰端为圆心，半径为小于5cm画圆，在上述两圆内任意选择两个测量点，分别为测量点M1和测量点M5；

2)将测量点M1和测量点M5连成一直线，在该直线上位于M1点与M5点之间确定三个心磁信号测量点，分别是测量点M2、测量点M3和测量点M4，上述五个测量点间距相等；

3)对测量点M1、测量点M2、测量点M3、测量点M4和测量点M5进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T1、心磁信号值T2、心磁信号值T3、心磁信号值T4和心磁信号值T5，对上述5个心磁信号值做插值，同时得到两个极值：极大值T10，对应的坐标点M10，极小值T11，对应的坐标点M11，以及一个心磁零点T0，对应的坐标点M0；

4)在经过坐标点M10，垂直于上述直线的一条直线上，另选择两个测量点，分别是测量点M6和测量点M7，对测量点M6和测量点M7进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T6和心磁信号值T7，对上述心磁信号值T10、心磁信号值T6和心磁信号值T7做插值得到一极值Tmax，对应坐标点Mmax，Mmax就是心磁信号的最大值的点位；

5)在经过坐标点M11，垂直于上述直线的一条直线上，另选择两个测量点，分别是测量点M8和测量点M9，对测量点M8和测量点M9进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T8和心磁信号值T9，对上述心磁信号值T11、心磁信号值T8和心磁信号值T9做插值得到一极值Tmin，对应坐标点Mmin，Mmin就是心磁信号的最小值的点位。

所述测量点M6和测量点M7可分别位于坐标点M10的两侧，测量点M6和坐标点M10之间距离与测量点M7和坐标点M10之间的距离相等，分别相距2～6厘米。

所述测量点M8和测量点M9可分别位于坐标点M11的两侧，测量点M8和坐标点M11之间距离与测量点M9和坐标点M11之间的距离相等，分别相距2～6厘米。

所述插值选用三次样条插值函数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

参考图2，人体的心磁信号分为正向区域和反向区域，这两个区域通常位于剑突水平线和胸骨上缘水平线之间。本发明利用插值计算可得到心脏磁场的最大值Tmax、最小值Tmin和心磁零点T0，以及对应的坐标点Mmax、Mmin和M0，利用心磁零点与最大值点、最小值点间的距离为半径画圆，来分别确定含有最大值的心磁正向区域和含有最小值的心磁反向区域，进而得到覆盖了心磁正向和反向区域的矩形区域，此即为进行多点心磁测量的合理覆盖范围，在此矩形范围之内，可以很方便地进行测量格点的划分并作多点心磁测量。

本发明根据心磁信号特征针对个体心脏确定测量范围，不但能避免按照人体结构确定测量范围时不易有效覆盖心磁正向和反向区域的缺点，通过简单的几步即可得到有效覆盖范围，减少无效操作，而且有利于尽可能多地获取有用的心磁信息，并且在此范围上进行测量，绘制心磁地图的等磁线与测量区域边框近似相切，为后续相关研究及诊断信息的提取提供有利条件。

附图说明

图1为现有的基于人体结构确定心磁测量覆盖范围方法示意图，其中(a)为胸前心磁测量区域，(b)为背后心磁测量区域；

图2为胸前各心磁测量格点的心磁信号构成的心磁地图，“+”表示心磁信号的正向区域，“-”表示心磁信号的反向区域；

图3为本发明插值计算得到坐标点Mmax、Mmin和M0的示意图；

图4为本发明确定心脏磁场测量范围的示意图；

图5为本发明实施例确定心脏磁场测量范围的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

参考图5，以胸前心磁测量区域的极值点的位置与信号幅度为例：

1)在人体胸前的心磁测量区域上建立一个坐标系，本发明采用平面直角坐标系，y轴方向大致为人体躯干方向，从下指向上，x轴方向垂直于y轴方向，从右指向左，坐标原点为人体剑突对应的位置。

2)上述坐标系中，分别以人体剑突和锁骨左肩峰端为圆心，半径为3cm画圆，在上述两圆内任意选择两个测量点，分别为测量点M1和测量点M5。本实施例选择M1点为人体剑突对应的位置，M5点为锁骨左肩峰端对应的位置，参考图3。

3)将测量点M1和测量点M5连成直线，在此直线上位于M1点与M5点之间再确定三个心磁信号测量点，分别是测量点M2、测量点M3和测量点M4，上述五个测量点间距相等。

4)对测量点M1、测量点M2、测量点M3、测量点M4和测量点M5进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T1、心磁信号值T2、心磁信号值T3、心磁信号值T4和心磁信号值T5，对上述5个心磁信号值做插值，得到一个极大值T10，对应的坐标点M10，和一个极小值T11，对应的坐标点M11，同时，由于心磁极大值大于零，心磁极小值小于零，所以5点插值曲线上必存在一个心磁零点T0，对应的坐标点M0，如图3所示。

5)在过极大值点M10，且垂直于上述直线的方向上选取两个测量点M6、M7，使其分别位于M10点两侧，且与M10点等间距，间距为2～6厘米。对点M6、M7、M10对应的心磁信号测量值T6、T7、T10做插值，得到一个极大值Tmax，对应坐标点Mmax(xmax，ymax)。Tmax就是整个心磁测量区域心磁信号的最大值，Tmax对应的坐标点Mmax为心磁测量区域的最大值的点位，如图3所示。

6)同理，在过极小值点M11，垂直于上述直线方向上选取两个测量点M8、M9，使其分别位于M11点两侧，且与M11点等间距，间距为2～6厘米。对点M8、M9、M11对应的心磁信号测量值T8、T9、T11做插值，得到一个极小值Tmin，对应坐标点Mmin(xmin，ymin)。Tmin就是整个心磁测量区域心磁信号的最小值，Tmin对应的坐标点Mmin为心磁测量区域的最小值的点位，如图3所示。

7)以心磁最大值点Mmax为圆心，最大值点Mmax和心磁零点M0间的距离R为半径做一个圆，此圆的下半部分与x轴方向直线I相切于点A，此圆的右半部分与y轴方向的直线II相切于点B。最大值点Mmax到A、B点的距离均为R。

8)以心磁最小值点Mmin为圆心，最小值点Mmin和心磁零点M0间的距离r为半径做一个圆，此圆的上半部分与x轴方向直线III相切于点C，此圆的左半部分与y轴方向的直线IV相切于点D。最小值点Mmin到C、D点的距离均为r。

9)取上述四条切线构成的矩形为心磁测量范围，如图4所示。矩形边长：沿x轴为R，r，心磁最大值Mmax点与心磁最小值点Mmin横坐标差的绝对值Δx之和：R+r+Δx，Δx＝|xmax-xmin|；沿y轴为R，r，心磁最大值Mmax点与心磁最小值点Mmin纵坐标差的绝对值Δy之和：R+r+Δy，Δy＝|ymax-ymin|。

通过以上步骤就确定了心脏磁场的测量区域。

本发明中，心磁测量区域可以是胸前，也可以是背后，在背后坐标系中，M1和M5点的选取分别以与人体剑突和锁骨左肩峰端对应的点为圆心画圆。

若人体是右位心，应根据左右心位的对称关系，M1和M5点的选取分别以人体剑突和锁骨右肩峰端对应的点为圆心画圆，采用相同的方法，进行心磁测量范围的确定。

以上通过详细实施例描述了本发明所提供的心磁测量区域的确定方法，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其实施方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于心磁特征快速确定心脏磁场测量范围的方法，其步骤包括：

第一步，在人体胸前或背后平面上建立一平面直角坐标系，该坐标系的y轴方向为人体躯干纵向平行方向，x轴方向与y轴方向垂直；

第二步，在上述坐标系中，计算心脏磁场的最大值Tmax、最小值Tmin和心磁零点T0，得到对应的坐标点Mmax、Mmin和M0；其中，定义：心磁信号大于零的区域的绝对极大值为心磁最大值，心磁信号小于零的区域的绝对极大值为心磁最小值；

第三步，以心磁最大值点Mmax为圆心，最大值点Mmax和心磁零点M0间的距离R为半径，做一个圆，此圆的下半部分与x轴方向直线I相切，此圆的右半部分与y轴方向的直线II相切；

第四步，以心磁最小值点Mmin为圆心，最小值点Mmin和心磁零点M0间的距离r为半径，做一个圆，此圆的上半部分与x轴方向直线III相切，此圆的左半部分与y轴方向的直线IV相切；

第五步，上述直线I、直线II、直线III和直线IV相交形成的矩形区域即为心脏磁场测量范围。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，利用插值计算得到心脏磁场的最大值Mmax、最小值Mmin和心磁零点T0，具体步骤包括：

1)在坐标系中，分别以剑突和锁骨肩峰端为圆心，半径为小于5cm画圆，在上述两圆内任意选择两个测量点，分别为测量点M1和测量点M5；

2)将测量点M1和测量点M5连成一直线，在该直线上位于M1点与M5点之间确定三个心磁信号测量点，分别是测量点M2、测量点M3和测量点M4，上述五个测量点间距相等；

3)对测量点M1、测量点M2、测量点M3、测量点M4和测量点M5进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T1、心磁信号值T2、心磁信号值T3、心磁信号值T4和心磁信号值T5，对上述5个心磁信号值做插值，同时得到两个极值：极大值T10，对应的坐标点M10，极小值T11，对应的坐标点M11，以及一个心磁零点T0，对应的坐标点M0；

4)在经过坐标点M10，垂直于上述直线的一条直线上，另选择两个测量点，分别是测量点M6和测量点M7，对测量点M6和测量点M7进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T6和心磁信号值T7，对上述心磁信号值T10、心磁信号值T6和心磁信号值T7做插值得到一极值Tmax，对应坐标点Mmax，Mmax就是心磁信号的最大值的点位；

5)在经过坐标点M11，垂直于上述直线的一条直线上，另选择两个测量点，分别是测量点M8和测量点M9，对测量点M8和测量点M9进行心磁信号测量，分别得到心磁信号值T8和心磁信号值T9，对上述心磁信号值T11、心磁信号值T8和心磁信号值T9做插值得到一极值Tmin，对应坐标点Mmin，Mmin就是心磁信号的最小值的点位。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述插值选用三次样条插值函数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测量点M6和测量点M7分别位于坐标点M10的两侧，测量点M6和测量点M10之间距离与测量点M7和测量点M10的距离相等，分别相距2～6厘米。

5.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，测量点M8和测量点M9分别位于坐标点M11的两侧，测量点M8和测量点M11之间距离与测量点M9和测量点M11的距离相等，分别相距2～6厘米。

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