CN105193414B - 一种快速确定心脏磁场极值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速确定心脏磁场极值的方法，属于心脏磁场信号测量技术。该方法利用心磁信号是矢量的特征，从信号源的本征特性出发，通过有界闭区域上连续函数的极值确定法，合理地确定心磁信号的有效区域。本发明既不会遗漏最强点信号，同时又不必包含没有诊断价值的信号，完全避免根据人体结构确定测量覆盖范围所带来的各种弊端，确保测量的结果有足够的心磁研究和医学诊断价值，为后续相关研究及诊断信息的提取、促进心磁图技术的临床应用提供有利条件。

Description

一种快速确定心脏磁场极值的方法

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快速确定心脏磁场极值的方法。

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。

在心脏磁场测量过程中，为了能够得到足够的心脏磁场分布信息，进行基于心磁的心脏物理相关研究及进行心脏疾病的临床诊断，需要在人体体表(例如胸前或背后)进行多点(如36点)的心磁测量，如图1所示。利用心磁图仪测得每个点的心磁信号后，在去除了心磁信号的直流项后，将R波峰值大小定义为心磁信号大小，如图2所示的心磁信号大小约为62pT。

目前，多点测量点位方法通常采用基于人体结构确定心磁测量覆盖范围，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与心脏对应的区域作为测量覆盖范围，并将其划分成网格，进而测量格点位置上的心磁信号随时间的变化。该方法选定的覆盖区域的大小、位置，以及网格的划分，对最后所获得的心磁图的有效信息含量及相关分析有很大的影响，由于人体心脏在胸腔中的位置及心动强弱的个体差异较大。如采用保守的大面积覆盖方式测量，极易导致边界点附近的采集信号太小，结果没有实际意义，如测量范围过小，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。因此，以人体解剖结构来确定多点测量点位的方法对于实际工作，特别是对于临床应用非常不利，常常存在不合理之处。

发明内容

本发明的目的在于基于心磁特征快速确定心脏磁场极值的方法，该方法可在心磁测量区域中准确测量出信号极值点的位置并给出极值点的心磁信号幅度，便于获得有价值的心磁信息。

为达到本发明的上述目的，本发明提出的心磁测量区域极大值点的测定方法，其步骤包括：

1)在人体胸前或背后的心磁测量区域上建立一坐标系；

2)在上述坐标系中，画一正方形框定人体测量范围，选择其相邻两条边的中点以及对应顶点构成三角形；

3)选择上述三角形的三个顶点为测量点，分别得到心磁信号值T1、心磁信号值T2和心磁信号值T3；

4)分别对上述三角形的三边所在方向的目标函数采用多元函数的极值解法得到驻点M4、M5和M6；

5)将上述驻点M4、M5和M6的坐标代入公式从而得到对应的心磁信号值T4、T5和T6，选取T4、T5和T6中最大值为心磁测量区域的极大值。

所述坐标系为平面直角坐标系，坐标系以左侧锁骨中线的人体躯干方向为y轴，x轴方向为与y轴垂直方向的经过人体剑突的直线，相交点O为原点。

针对心磁信号正向区域求极大值，测量正方形的边长可选择10～15厘米。

所述多元函数的极值解法为有界闭区域上连续函数的极值确定法。

本发明的技术效果如下：

心磁信号具有B_x,B_y,B_z三个方向，若只测量z方向，心脏内离子电流在测量平面激发的磁场B_z(x,y)是一个二元函数，且在有界闭区域上是连续的。定义B_z(x,y)＝f(x,y)，通过有界闭区域上连续函数的极值确定法：f_x(x,y)＝0,f_y(x,y)＝0,解出极大值的坐标，代入函数f_xy(xy)可确定xy平面内磁场的极大值Tmax，f_xy(xy)的心磁图呈现单一极大值模式，故通过本发明所提供的方法，可以快速、方便地在选定的测量区域中获得心磁信号的极大值点。以此极大值点的位置和信号幅度为依据，在进行心磁的多点测量之前，从信号源的本征特性出发，进而合理确定进行多点心磁测量所需覆盖的有效区域，既不会遗漏最强点信号，同时又不必包含没有诊断价值的信号，完全避免根据人体结构确定测量覆盖范围所带来的各种弊端，确保测量的结果有足够的心磁研究和医学诊断价值，为后续相关研究及诊断信息的提取、促进心磁图技术的临床应用提供有利条件。

附图说明

图1为现有的心磁图测量区域划分方法示意图；

图2为现有的心磁信号波形示意图；

图3为本发明测定胸前心磁极大值点过程中各采样点示意图；

图4为本发明实施例在三角形三边M1M2，M2M3以及边M3M1所在方向，做多元函数的极值解法求极大值得到的心磁信号值T4，T5，T6；

图5为本发明实施例心磁信号值T6的磁场图，(a)是三维磁场图，(b)是二维等磁图，其中“+”表示心磁信号的正向区域。

具体实施方式

下面通过实例对本发明做进一步说明。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

以胸前一心磁测量区域的极大值点的位置与信号幅度为例：

1)在胸前心磁测量区域内建立平面直角坐标系；

2)如图3所示：本发明实施例采用的平面直角坐标系中，y轴方向大致为人体躯干方向，从下指向上，x轴方向为与y轴垂直的方向，从右指向左；

3)在上述坐标系中，选择以过人体剑突的直线为x轴，以左侧锁骨中线为y轴，相交点O为原点；

4)在上述坐标系中，在y轴选择点P，OP＝3cm，然后过P(0,3)点做平行于x轴的直线AM1，且AP＝PM1＝6cm。以边长为12cm，画出正方形ABCM1，顶点坐标分别为：A(-6,3)，B(6,15)，C(-6,15)和M1(6,3)；

5)以上述正方形ABCM1的边BC的中点M2(0,15)，边AB的中点M3(-6,9)，正方形顶点M1(6,3)为顶点构成三角形；

6)以上述三角形M1M2M3的三个顶点为测量点进行心磁信号测量，分别得到心磁信号T1(12pT)、心磁信号值T2(40pT)和心磁信号值T3(25pT)；

7)根据心磁信号值T1、T2和T3，采用多元函数的极值解法得到边M1M2，M2M3以及边M3M1所在方向的驻点M4、M5和M6，以及相对应的心磁信号值T4，心磁信号值T5和心磁信号值T6。

在数学中，如果二元函数J(x，y)在有界闭区域D上连续,则J(x，y)在上必定取得最值；使函数取得最值的点既可能在D的内部,也可能在D的边界上。若函数在D的内部取得最值,那么这个最值也是函数的极值；而函数取得极值的点使f_x(x，y)＝f_y(x，y)＝0的驻点或使f_x(x，y)、f_y(x，y)不存在的点。

在本实施例中，心磁信号是连续的，且是矢量，分量B_xB_yΒ_z相互垂直，因而是正交的。有界闭区域上连续函数的极值确定法定义是：对于闭合区域D＝{(x,y)|-6cm≤x≤6cm,3≤y≤15cm}，目标函数式中，μ₀是真空磁导率，表示电流密度，r是空间场中任意一点到单位体积元dv的距离。Β_z(x,y,z)是测量所得竖直方向的心磁信号；B_x与B_y是x,y方向的心磁信号；

(1)在闭合区域D，边M1M2所在方向，有方程组：和得到唯一的驻点M4(-1.2,9.3)，故该驻点为极大值点；将该极大值点坐标代入式从而求的所对应的心磁信号值T4(74pT)；

(2)采用上述同样的原理和方法，得到边M2M3所在方向的驻点M5(1.4,11)和所对应的心磁信号值T5(77.5pT)；

(3)采用(1)中的原理和方法，得到边M3M1所在方向的驻点M6(-0.9,8.6)和所对应的心磁信号值T6(81pT)；

8)上述心磁信号值T4、T5和T6为心磁测量区域极大的心磁信号值，如图4所示，选取T4、T5和T6中最大值T6为心磁测量区域的极大值。

图5为心磁信号极值T6的磁场图，心磁信号具有X、Y、Z三个方向，本发明采用多元函数的极值解法为有界闭区域上连续函数的极值确定法得到X、Y方向的心磁信号值，心脏磁场在XY平面呈现单一极大值模式，故心磁信号T4、T5和T6的测试区域为心磁测量区域的极值区域。

上述实施例提供了一个胸前心磁测量区域的心脏磁场极值区域的测量方法，本发明中，心磁测量区域可以在人体心脏周围任意选定，可以是胸前，也可以是背后，只是建立坐标系时，测量点位置选择不同。如本实施例中的胸前测量范围的框定；框定的这个正方形是与人体心磁信号极值区域相对应，通过实施本方法，可以在极值区域中寻找到极大值点。

在本发明中，除采用平面直角坐标系，还可以采用其他坐标系。在本实施例中直角坐标系的y轴方向是人体躯干方向，除此之外，还可以根据测量需要任意选定。

本发明不局限于此实施例，还可以根据实际需要和设计要求做出相应的修改，例如：

测量正方形的边长可约10～15厘米；OP的距离可约为1-5cm。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种快速确定心脏磁场极值的方法，其步骤包括：

1)在人体胸前或背后的心磁测量区域上建立一坐标系；

2)在上述坐标系中，画一正方形框定人体心脏测量范围，选择其相邻两条边的中点以及对应顶点构成三角形；

3)选择上述三角形的三个顶点为测量点，分别得到心磁信号值T1、心磁信号值T2和心磁信号值T3；

4)分别对上述三角形的三边所在方向的目标函数采用多元函数的极值解法得到驻点M4、M5和M6；

5)将上述驻点M4、M5和M6的坐标代入公式从而得到对应的心磁信号值T4、T5和T6，选取T4、T5和T6中最大值为心磁测量区域的极大值。

2.如权利要求1所述的快速确定心脏磁场极值的方法，其特征在于，所述坐标系为平面直角坐标系，坐标系以左侧锁骨中线的人体躯干方向为y轴，x轴方向为与y轴垂直方向的经过人体剑突的直线，相交点O为原点。

3.如权利要求1所述的快速确定心脏磁场极值的方法，其特征在于，所述多元函数的极值解法为有界闭区域上连续函数的极值确定法。

4.如权利要求2所述的快速确定心脏磁场极值的方法，其特征在于，所述正方形的边长为10～15厘米。

5.如权利要求4所述的快速确定心脏磁场极值的方法，其特征在于，所述正方形的中心位于坐标系y轴+6厘米～+13厘米处。