CN105640543A - 一种心外膜心电成像方法及其成像系统 - Google Patents

一种心外膜心电成像方法及其成像系统 Download PDF

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罗章源
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Abstract

本发明提出了一种心外膜心电成像系统。该心外膜心电成像方法通过扫描成像仪器获取被监测者的胸腔结构的结构数据；通过贴附被监测者体表的多个电极采集心电数据；根据所述结构数据重建所述胸腔结构的影像；对所述心电数据进行逆运算得到心外膜数据；通过有限元分析方法将所述心外膜数据表征在所述胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。本发明提供的一种心外膜心电成像方法及其成像系统，重建胸腔结构的影像，将心外膜数据表征在胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。

Description

一种心外膜心电成像方法及其成像系统
技术领域
本发明涉及医疗仪器设备和医学功能成像技术，尤其涉及一种心外膜心电成像方法及其成像系统。
背景技术
据统计全世界每年约有1750万人死于心脏病和并发症，占全部死亡人数的30％；此外每年心脏病发作和中风的幸存者至少有2000万，但其中多数人有很高的复发和死亡风险。最常见的导致心脏突然停止跳动的原因就是心律失常(诸如室颤，室动过速)，它使心脏的跳动失去同步性容易导致猝死。鉴于近年心脏病的高发，建立有效的检测预防系统有着迫切的现实意义。
传统的心电检测，从单导联、同步三导联、六导联到标准十二导联等，它们都是心脏电活动在体表低分辨率的投影，提供心脏电活动整体的反映。通过检查心电图波形的振幅和时序以及各个电极之间的相对位置，医生能够推断出发生在心脏中的相关电活动信息。对十二导联心电图信息的分析是一种逆问题过程(即根据体表电位信息确定心脏功能)，并在很大程度上是基于经验完成，主要通过对已知疾病信息的模式匹配来研究心脏疾病。此种方式在对于心脏病变的具体位置及病变状态不能做到准确的预测，因而很多心脏的内部情况只能在手术过程中才能发现。因此，一种高效、无创、能够术前预判病变位置及病变情况的技术在临床中有着重要的现实意义，对于心脏病患者的手术成功几率有着重大作用。此外，由于心脏病变很多是在偶然状态下发生，因此，需要一种能够长时间全信息的数据记录系统，才能保证让医生全面的了解病人的心脏状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种心外膜心电成像方法及其成像系统，将采集的心电信号表征在被监测者的胸腔结构的影像上，形成心电动态图。该心电动态图显示了被监测者的心电信号在心外膜上的变化。
为解决上述技术问题，本发明提供一种心外膜心电成像方法，该方法包括如下步骤：
通过扫描成像仪器获取被监测者的胸腔结构的结构数据；
通过贴附被监测者体表的多个电极采集心电数据；
根据所述结构数据重建所述胸腔结构的影像；
对所述心电数据进行逆运算得到心外膜数据；
通过有限元分析方法将所述心外膜数据表征在所述胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。
根据本发明的一个实施例，所述结构数据包括心脏，肺，骨骼，皮肤的位置信息。
根据本发明的一个实施例，所述心电数据可以通过以下一种或多种方式采集：
定时采集，间隔一固定时间启动所述多个电极采集所述心电数据；
自动采集，利用一监测电极监测心电信号，当发现所述心电信号异常时，启动所述多个电极采集所述心电数据；
主动采集，所述被监测者启动所述多个电极采集所述心电数据。
根据本发明的一个实施例，在获取所述结构数据的同时采集所述心电数据。
根据本发明的一个实施例，所述多个电极同步采集心电数据。
根据本发明的一个实施例，采用经胸阻抗测量方法获得所述多个电极位置的变化，以修正所述心电动态图。
本发明还提供了一种心外膜心电成像系统，包括扫描成像仪器，用于获取被监测者的胸腔结构的结构数据；多个电极，用于获取被监测者的体表的心电数据；采集存储卡，与所述多个电极连接，存储所述心电数据；PC机，所述PC机接收所述扫描成像仪器获取的所述结构数据，根据所述结构数据重建所述胸腔结构的影像；所述PC机与所述采集存储卡进行数据交换，对所述心电数据进行逆运算得到心外膜数据；通过有限元分析方法将所述心外膜数据表征在所述胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。
根据本发明的一个实施例，所述扫描成像仪器是CT、MRI、超声扫描成像仪器中的一种。
根据本发明的一个实施例，还包括无线路由器，所述采集存储卡通过所述无线路由器与所述PC机进行数据交换。
根据本发明的一个实施例，还包括监测电极，所述监测电极与所述采集存储卡连接。
本发明提供的一种心外膜心电成像方法及其成像系统，通过扫描成像仪器获取被监测者的胸腔结构的结构数据，重建胸腔结构的影像，并通过贴附被监测者体表的多个电极采集心电数据，对心电数据进行逆运算得到心外膜数据，再通过有限元分析方法将心外膜数据表征在胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出本发明的一种心外膜心电成像方法的一个实施例的流程图。
图2示出本发明的一种心外膜心电成像系统的一个实施例的结构示意图。
图3示出本发明的一种心外膜心电成像系统的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1示出本发明一实施例的流程图。如图所示，一种心外膜心电成像方法包括如下步骤：
步骤101，通过扫描成像仪器获取被监测者的胸腔结构的结构数据。扫描成像仪器可以是医院用于病人图像扫描的放射诊疗仪器,包括CT,MRI,超声等扫描成像仪器，即所有符合医学数字成像和通信标准的仪器。扫描成像仪器可利用高分辨率图像采集技术，采集被监测者的胸腔结构，包括真实心脏的数据。基于体表心电标测分布原理，将多个电极以左胸上侧极大值点，以及剑突位置极小值点为中心向外分布，中心密集，外部稀疏，并保证右胸以及后背的电极分布。
步骤102，通过贴附被监测者体表的多个电极采集心电数据。
步骤103，根据结构数据重建胸腔结构的影像。扫描成像仪器利用DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，医学数字成像和通信数据)数据，基于VTK，(VisualizationToolkit)，ITK(InsightSegmentationandRegistrationToolkit)软件系统来重建还原被监测者的胸腔结构的影像。
步骤104，对心电数据进行逆运算得到心外膜数据。该心电数据包括心电信号与多个电极的采集位置，将心电信号与采集位置相互对应，采用心电逆运算得到心外膜数据。
步骤105，通过有限元分析方法将心外膜数据表征在胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。心电动态图可以存储于系统中，在需要时供医生浏览查阅，以方便观察被监测者在一段时间内的心脏心电活动及心脏生理状态，提供诊断依据。
较佳地，在步骤101中的结构数据包括心脏，肺，骨骼，皮肤等的位置信息。
较佳地，在步骤102中多个电极采集心电数据可以通过以下一种或多种方式采集：
a)定时采集，间隔一固定时间启动多个电极采集心电数据。可根据被监测者的情况而设定心电数据的采集周期。例如，默认每一个小时采集所有电极的数据，记录长度可以为10秒，并推前记录1～2秒。
b)自动采集，利用一监测电极监测心电信号，当发现心电信号异常时，启动多个电极采集心电数据。例如，当发现心电信号异常时，记录长度为10秒，并追溯心电信号发生异常前的1～2秒，以记录事件发生前的状态，用于分析事件发生原因。
c)主动采集，被监测者启动多个电极采集心电数据。例如，在成像系统上设置唤醒按钮，当被监测者出现生理不适时，按下该唤醒按钮将启动电极采集系统记录下当前的心电数据，长度可以为10秒，并追溯唤醒按钮被按下前的1～2秒，记录事件发生前的状态，用于分析事件发生原因。
为保证体表的心电数据标测的准确性，在步骤101中获取结构数据的同时采集心电数据，结合多个电极的分布位置，保证了数据采集位置标定的准确性。
为保证体表的心电数据标测的同步性，在步骤102中多个电极同步采集心电数据。更佳地，保证多个电极同步采集的误差在250微秒之内。
较佳地，在步骤105中采用经胸阻抗测量方法来获得多个电极位置的变化，以修正心电动态图。主要应用于呼吸运动补偿，利用经胸阻抗的测量方式，采用特殊的激励频率测量，因呼吸以及运动导致的胸部容积变化而引起阻抗变化，从而计算出电极的位置变化，基于此对应关系利用算法来修正因电极位置变化而导致的心电动态图的数据误差。
本发明还提供了一种心外膜心电成像系统。图2示出本发明的一种心外膜心电成像系统的一个实施例的结构示意图。如图所示，一种心外膜心电成像系统200包括扫描成像仪器210、贴附在被监测者体表的多个电极220、采集存储卡230和PC机240。其中，扫描成像仪器210与PC机240连接，该扫描成像仪器210用于获取被监测者的胸腔结构的结构数据，并能将结构数据发送到PC机240。
贴附在被监测者体表的多个电极220与采集存储卡230连接，电极220采集被监测者的心电数据并将该心电数据发送到采集存储卡230存储。
采集存储卡230与PC机240进行数据交换，能将存储的心电数据发送到PC机240。
PC机240根据接收到结构数据重建被监测者的胸腔结构的影像。应用心电逆运算理论，计算心电数据得到心脏外膜的心电信号，并通过有限元理论，将心电信号表征在被监测者的胸腔结构的影像之上。通过心电信号在心外膜上的变化，能利用颜色的变化来表征电位活动的变化。
较佳地，扫描成像仪器可以是CT、MRI、超声扫描成像仪器中的一种。该类扫描成像仪器利用DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，医学数字成像和通信数据)数据，基于VTK，(VisualizationToolkit)，ITK(InsightSegmentationandRegistrationToolkit)软件系统通过PC机来重建还原被监测者的胸腔结构的影像。
图3示出本发明的一种心外膜心电成像系统的另一个实施例的结构示意图。如图所示，一种心外膜心电成像系统200还可以包括无线路由器250。采集存储卡230通过无线路由器250与PC机240进行数据交换。更佳地，该无线路由器能利用蓝牙通信协议来传输数据。采集存储卡230将存储的心电数据通过无线路由器250发送到PC机240中，进行后续的数据运算和分析。
进一步的，该心外膜心电成像系统200还包括监测电极260。监测电极260与采集存储卡230连接。监测电极260贴附被监测者的体表，监测心电信号，当发现被监测者的心电信号异常时，启动电极以采集被监测者的心电数据。
较佳地，多个电极220根据体表心电标测分布原理，以被监测者的左胸上侧极大值点，以及剑突位置极小值点为中心向外分布，在其中心位置密集布置，外围位置稀疏布置，并保证右胸以及后背的电极分布。
本发明提供的一种心外膜心电成像方法及其成像系统所获得的被监测者的心电动态图可以存储于成像系统中。为每位监测者建立个人档案，记录个人信息及相应的心电动态图，其中心外膜电位图将以三维拍照，或根据设定时间间隔连续截取三维电图，以形成四维心外膜动态电位图，并能够让用户操作批注，最后保存在病例下，为后期被监测者患病，手术及术后康复提供完整信息。
此外，可以利用被监测者的三维电图，通过图像识别，记录缺血形态(长，宽)，部位，并计算出缺血面积。标注局部电位差，并通过以上数据评定出一个心肌缺血的程度，做出一个定量，分级，并可以形成报告形式。
本发明提供的一种心外膜心电成像方法及其成像系统基于心电逆运算理论，建立起包括三维图像重建，体表心电采集的完整体系。该系统利用多种数据记录模式能长时间全信息的记录病人心电数据，并通过无线传输到PC机进行分析，应用心电逆运算理论，计算得到心脏外膜的心电信号，并通过有限元理论，将心电信号表征在被监测者的心脏外膜三维图形之上。通过心电信号在心外膜上的变化，更为直观形象的检测出心脏功能的问题，可以提供更多更准确的心脏病变信息。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种心外膜心电成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
通过扫描成像仪器获取被监测者的胸腔结构的结构数据；
通过贴附被监测者体表的多个电极采集心电数据；
根据所述结构数据重建所述胸腔结构的影像；
对所述心电数据进行逆运算得到心外膜数据；
通过有限元分析方法将所述心外膜数据表征在所述胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。
2.如权利要求1所述的一种心外膜心电成像方法，其特征在于，所述结构数据包括心脏，肺，骨骼，皮肤的位置信息。
3.如权利要求1所述的一种心外膜心电成像方法，其特征在于，所述心电数据可以通过以下一种或多种方式采集：
定时采集，间隔一固定时间启动所述多个电极采集所述心电数据；
自动采集，利用一监测电极监测心电信号，当发现所述心电信号异常时，启动所述多个电极采集所述心电数据；
主动采集，所述被监测者启动所述多个电极采集所述心电数据。
4.如权利要求1所述的一种心外膜心电成像方法，其特征在于，在获取所述结构数据的同时采集所述心电数据。
5.如权利要求1所述的一种心外膜心电成像方法，其特征在于，所述多个电极同步采集心电数据。
6.如权利要求1所述的一种心外膜心电成像方法，其特征在于，采用经胸阻抗测量方法获得所述多个电极位置的变化，以修正所述心电动态图。
7.一种心外膜心电成像系统，其特征在于，包括：
扫描成像仪器，用于获取被监测者的胸腔结构的结构数据；
多个电极，用于获取被监测者的体表的心电数据；
采集存储卡，与所述多个电极连接，存储所述心电数据；
PC机，所述PC机接收所述扫描成像仪器获取的所述结构数据，根据所述结构数据重建所述胸腔结构的影像；所述PC机与所述采集存储卡进行数据交换，对所述心电数据进行逆运算得到心外膜数据；通过有限元分析方法将所述心外膜数据表征在所述胸腔结构的影像上，以形成心电动态图。
8.如权利要求7所述的一种心外膜心电成像系统，其特征在于，所述扫描成像仪器是CT、MRI、超声扫描成像仪器中的一种。
9.如权利要求7所述的一种心外膜心电成像系统，其特征在于，还包括无线路由器，所述采集存储卡通过所述无线路由器与所述PC机进行数据交换。
10.如权利要求7所述的一种心外膜心电成像系统，其特征在于，还包括监测电极，所述监测电极与所述采集存储卡连接。
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