CN103142211B - 一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法 - Google Patents

一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，包括以下步骤：1)检测心脏磁场垂直于胸腔平面的6×6阵列检测点的磁感应强度，并同步测量心电图；2)根据心电图截取心脏磁场的磁感应强度在ST-T段的数据；3)对ST-T段内每一时刻6×6阵列检测点的磁感应强度进行三次样条插值处理，获取高分辨率的等磁场线图；4)根据等磁场线图获取极值圆和零磁场线；5)计算电生理参数L和θ。与现有技术相比，本发明只需要利用SQUID传感器检测到的ST-T段内的心脏磁场数据，在极值圆的范围内，就可以快速计算出辅助心脏疾病临床诊断的两个电生理参数及其呈阳性的参数大小和范围。

Description

一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种磁信号处理方法，尤其是涉及一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法。
背景技术
七十年代，D.Cohen等人在实验室首次用超导量子干涉器(SQUID)测量到人体心脏磁场。1976年，心磁仪的开发者相继提出了用心磁图和伪电流密度图(或箭头图，也称之为Hosaka-Cohen变换)诊断心肌缺血的理论与方法。九十年代，美国CMI公司推出了用单磁偶极子算法诊断心肌缺血等心脏疾病的9通道心磁仪。2005年德国J.W.Park等人提出了用心磁仪的测量数据预测冠心病(CAD)的方法。2006年，德国W.Haberkorn等在伪电流密度图的基础上，提出了具有电生理意义的伪电流密度成像方法。同年，K.Tolstrup等也提出了一种快速磁成像检测心肌缺血的方法。2007年，台湾与韩国合作研究机构提出了一种用心磁T波信号的二维传播成像及面积比方法，并用来诊断心肌缺血等疾病。同年，日本提出了一种用心磁图JT段积分值筛选冠心病的方法。A.Gapelyuk等也提出了一种用心脏磁场图探测CAD的方法。这些诊断方法的灵敏度和特异性在60％-80％左右。近年来，随着心脏磁场检测技术的发展，心磁测量设备性能的不断提高，无创诊断心脏疾病的方法也有了一定的进步。2008年，P.V.Leeuwen等定量分析比较了三种无创诊断冠心病的方法。2010年，Kwon等和A.Gapelyuk等分别用心磁图分类识别，用KL熵和剩余参数两种方法的组合，将这些诊断方法的灵敏度和特异性提高到80％以上。人们希望通过相关理论的研究，不断探索新的适合临床应用的，具有高灵敏度和特异性的，计算速度快的方法。在一种基于极值圆的心脏磁信号处理新方法中，将计算两个电生理参数作为中间结果，辅助判断冠心病。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的基于极值圆的可快速获取电生理参数的心脏磁信号处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，包括以下步骤：
1)SQUID传感器检测心脏磁场垂直于胸腔平面的6×6阵列检测点的磁感应强度，并同步测量心电图；
2)根据心电图截取心脏磁场的磁感应强度在ST-T段的数据；
3)对ST-T段内每一时刻6×6阵列检测点上的磁感应强度进行三次样条插值处理，获取高分辨率的等磁场线图；
4)处理等磁场线图确定极值圆和零磁场线。该极值圆的直径为等磁场线图中磁感应强度的极大值点与极小值点的连线，依次连接等磁场线图内的磁感应强度为零的点，得到零磁场线；
5)根据公式计算电生理参数L，其中L+为极值圆内磁感应强度大于零的面积，L-为极值圆内磁感应强度小于零的面积；
6)根据公式计算电生理参数θ，其中θn为零磁场线上相邻线段延长线的夹角。
所述的6×6阵列检测点中相邻检测点的间距为4cm，整个磁场检测平面大小为20×20cm。
所述的ST-T段的截止时候为心电图的T波峰处，ST-T段的起始时刻为所述T波峰向前1/3幅值处。
所述的步骤3)中三次样条插值后得到81×81点的等磁场线图。
与现有技术相比，本发明只需要利用SQUID传感器检测到的ST-T段内的心脏磁场数据，确定磁信号在ST-T段内数据的极值圆，并在极值圆的范围内快速计算出辅助心脏疾病诊断的两个电生理参数及其呈阳性的参数大小和范围。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明6×6阵列检测点的示意图；
图3为心电图中心电信号的ST-T段的曲线图；
图4为与心电图同步测量的心磁信号的ST-T段曲线图；
图5为三次样条插值后的等磁场线图，以及该等磁场线图中的极值圆；
图6为极值圆中零磁场线的示意图；
图7为正常人的ST-T段的电生理参数L的曲线图；
图8为正常人的ST-T段的电生理参数θ的曲线图；
图9为冠心病人的ST-T段的电生理参数L的曲线图；
图10为冠心病人的ST-T段的电生理参数θ的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，该方法的流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：同步测量心磁信号和心电图，测量心磁信号时，受检者仰卧，多通道SQUID传感器阵列检测受检者胸腔表面如图2所示的6×6阵列检测点上的磁感应强度，由于每个相邻检测点的间距为4cm，整个检测平面大小为20×20cm。通过多通道SQUID传感器阵列可以实时记录垂直于人体胸腔平面Z方向上的磁感应强度Bz。
步骤S2：根据心电图截取心磁信号在ST-T段的数据。以心电图的T波峰值时刻作为对应心磁数据ST-T段的截止时刻tmax，以T波峰值向前的1/3幅值处作为心磁数据ST-T段的起始时刻tmin，如图3和图4所示。
步骤S3：对ST-T段内每一时刻6×6阵列检测点的磁感应强度进行三次样条插值处理，以获取分辨率较高的等磁场线图，方便后续处理。在本实施例中，插值点为81×81。
步骤S4：对等磁场线图进行处理。取磁感应强度的极大值点与极小值点的连线为直径，生成极值圆如图5所示。然后依次连接磁感应强度为零的点，获得零磁场线。
步骤S5：根据生成的极值圆和零磁场线，确定极值圆中磁感应强度大于零的面积L+，以及磁感应强度小于零的面积L-，通过公式计算出电生理参数L；极值圆中设有如图6所示的5个磁感应强度为零的点Z1、Z2、Z3、Z4和Z5，依次连接Z1、Z2、Z3、Z4和Z5，可以得到各线段延长线的夹角θ1、θ2、θ3，通过公式计算出电生理参数θ。
通过本发明处理通过计算机处理测得的心磁信号和心电图，步骤S2至步骤S4的成图过程均可通过制图软件自动完成，并自动获取图像的信息，处理得到电生理参数L和θ，可用于辅助判断心脏机能。正常人的ST-T段的电生理参数L和θ的曲线图分别如图7和图8所示。冠心病人的ST-T段的电生理参数L和θ的曲线图分别如图9和图10所示。正常人的L参数和θ参数小于冠心病患者。

Claims (4)

1.一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)SQUID传感器检测心脏磁场垂直于胸腔平面的6×6阵列检测点的磁感应强度，并同步测量心电图；
2)根据心电图截取心脏磁场的磁感应强度在ST-T段的数据；
3)对ST-T段内每一时刻6×6阵列检测点上的磁感应强度进行三次样条插值处理，获取高分辨率的等磁场线图；
4)根据等磁场线图获取极值圆和零磁场线，该极值圆的直径为等磁场线图中磁感应强度的极大值点与极小值点的连线，依次连接等磁场线图内磁感应强度为零的点，得到零磁场线；
5)根据公式计算电生理参数L，其中L+为极值圆内磁感应强度大于零的面积，L-为极值圆内磁感应强度小于零的面积；
6)根据公式计算电生理参数θ，其中θn为零磁场线上相邻线段延长线的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，其特征在于，所述的6×6阵列检测点中相邻检测点的间距为4cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，其特征在于，所述的ST-T段的截止时刻为心电图的T波峰处，ST-T段的起始时刻为所述T波峰向前1/3幅值处。
4.根据权利要求1所述的一种基于极值圆的心脏磁信号处理方法，其特征在于，所述的步骤3)中三次样条插值后得到81×81点的等磁场线图。
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