一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，將心電信號中包含的血量分布信息轉(zhuǎn)化為直觀的三維彩色模型上。該方法采集人體十二導(dǎo)聯(lián)的心電圖，將心電圖中包含的心肌血量分布信息——ST段的偏移量提取出。在心電軸系統(tǒng)中，通過各導(dǎo)聯(lián)ST段損傷向量的逆投影得出總的心電損傷向量。建立標(biāo)準(zhǔn)的三維心臟模型，血量分布稀缺區(qū)域的中心位置為總損傷向量與心臟模型表面的交點(diǎn)，分布范圍和總損傷向量大小成正比，并根據(jù)各個位置與血量分布稀缺區(qū)域的中心距離的不同進(jìn)行RGB編碼，從而顯示出心肌血量在心臟模型表面的分布。
【專利說明】—種心肌血量分布三維彩色編碼顯不方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過直觀三維彩色心臟模型來顯示心肌血量分布的方法，特別涉及一種由一維心電信號轉(zhuǎn)換為三維彩色編碼的顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]心電圖:心臟在每個心動周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形(簡稱ECG)。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標(biāo)。心電圖包含了心臟中心肌血量分布的信息，但并非二維或者三維的血量分布情況，單純的一維心電圖信號只能通過經(jīng)驗(yàn)公式對心肌血量分布的情況進(jìn)行分析 。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，使用便于攜帶的測量儀器采集出人體十二導(dǎo)心電圖，將一維心電信號轉(zhuǎn)化為三維圖像信息，根據(jù)原始信號的特征提取出有用信息，將二維心電軸系統(tǒng)改進(jìn)為三維心電軸系統(tǒng)，通過心電向量的逆投影，使用最小二乘法合成ST總損傷向量，并通過其方向和大小顯示出心臟血量分布的范圍和程度。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，該方法包括心電信號的獲取、ST段偏移量的計(jì)算、心電向量的逆投影、心肌血量分布范圍確定、彩色編碼的實(shí)現(xiàn)，其中:
[0006]電極接法與常規(guī)十二導(dǎo)聯(lián)心電圖的接法相同。VI導(dǎo)聯(lián)在胸骨右緣第4肋間，V2導(dǎo)聯(lián)在胸骨左緣第4肋間，V3導(dǎo)聯(lián)在V2與V4連線的中點(diǎn)，V4導(dǎo)聯(lián)在左鎖骨中線與第5肋間處，V5導(dǎo)聯(lián)和V6導(dǎo)聯(lián)與V4導(dǎo)聯(lián)處于同一水平，分別位于左腋前線與左腋中線。右上肢是紅色導(dǎo)聯(lián)線，左上肢是黃色導(dǎo)聯(lián)線，左下肢是綠色，右下肢是黑色。
[0007]信號讀取之后對其進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)定的一個時(shí)間段(暫定10s)，R波為每次心跳中心電信號幅值最大的波段，R波頂點(diǎn)處向后108ms的電位值用來表征ST段的電位V1;R波頂點(diǎn)處向前80ms的電位值用來表征參考電位％，ST段的偏移量;每條導(dǎo)聯(lián)的ST段偏移值依次求出。
[0008]心電軸系統(tǒng)在三維坐標(biāo)系XYZ中，XZ平面代表人體橫切面，XY平面代表人體額面，Z軸朝向?yàn)槿梭w前方向，X軸在人體額面和人體橫切面的交線上，Y軸在額面上，朝向?yàn)樯稀?dǎo)聯(lián)1、I1、II1、aVR、aVL、aVF對應(yīng)的向量軸在額面上，分別于X軸呈0°、60°、120°、-150°、-30°、90° (從X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))；導(dǎo)聯(lián)V2、V3、V4、V5、V6對應(yīng)的向量軸在水平面上，分別于X軸呈115°、90°、65°、40°、15°、-10° (從X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))。丹麥Aalborg大學(xué)研究的ST羅盤認(rèn)為額面導(dǎo)聯(lián)1、I1、II1、aVR、aVL、aVF的ST損傷向量是額面總31'損傷向量在這些導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影，水平面導(dǎo)聯(lián)￥1、￥2、^、^的ST損傷向量是水平面總ST損傷向量在這些導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影。本發(fā)明將其結(jié)合為空間心電軸系統(tǒng)，總ST損傷向量在12導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影為各導(dǎo)聯(lián)的ST損傷向量。故各導(dǎo)聯(lián)損傷向量的模=總損傷向量?各導(dǎo)聯(lián)的方向向量組，由此方程求解總損傷向量時(shí)存在矛盾解，方程兩邊右乘各導(dǎo)聯(lián)方向向量組的轉(zhuǎn)置得出總損傷向量的最小二乘解。
[0009]以總損傷向量的起點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))為圓錐頂點(diǎn)，總損傷向量作為圓錐高的方向，相交的區(qū)域內(nèi)心肌血量分布較少，中心區(qū)域是ST總損傷向量延長線和心臟模型表面的相交點(diǎn)；即心臟表面的點(diǎn)相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的向量和總損傷向量的夾角小于角度值Θ時(shí)心肌血量分布較稀缺，Θ的正切值和總損傷向量的大小成正比。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將一維心電信號有效轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^可靠的三維彩色模型；采用空間心電軸系統(tǒng)，比二維平面的心電軸系統(tǒng)更加有效；不僅僅考慮十二個心電向量各自起的作用，而是考慮每個心電向量和總向量之間的關(guān)系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是檢測心電信號的硬件框圖；[0012]圖2是心電圖波形；
[0013]圖3是額面和橫切面心電軸系統(tǒng)；
[0014]圖4是空間心電軸系統(tǒng)；
[0015]圖5是三維心臟模型；
[0016]圖6是心肌血量分布顯示原理；
[0017]圖7是心肌血量分布在心臟模型上顯示的案例。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1描述了心電信號采集的硬件框圖，使用ADS1298將電極采集的心電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)FPGA處理傳輸回計(jì)算機(jī)，采樣率為500SPS。計(jì)算機(jī)通過上位機(jī)程序控制ADS1298的工作方式。
[0019]電極的接法如下:V1導(dǎo)聯(lián)在胸骨右緣第4肋間，V2導(dǎo)聯(lián)在胸骨左緣第4肋間，V3導(dǎo)聯(lián)在V2與V4連線的中點(diǎn)，V4導(dǎo)聯(lián)在左鎖骨中線與第5肋間處，V5導(dǎo)聯(lián)和V6導(dǎo)聯(lián)與V4導(dǎo)聯(lián)處于同一水平，分別位于左腋前線與左腋中線。右上肢是紅色導(dǎo)聯(lián)線，左上肢是黃色導(dǎo)聯(lián)線，左下肢是綠色，右下肢是黑色。
[0020]圖2描繪了標(biāo)準(zhǔn)的心電圖，心電信號讀取之后在一個時(shí)間窗口內(nèi)(暫定10s)對其進(jìn)行預(yù)處理。將采樣的每個點(diǎn)的電壓值減去前后各10個點(diǎn)的電壓平均值，即類高通濾波處理，過濾掉有些心電圖中T波電位值有可能大于R波電位值的情況，處理過后信號的峰值所在位置就是R波頂點(diǎn)(如圖2所示)。確定出R波頂點(diǎn)后，取其前80ms的電位值以及后108ms的電位值分別用來表征參考電位值\以及ST段的電位值V”則ST段的偏移量；十二條導(dǎo)聯(lián)的ST段偏移值由此方法依次求出。
[0021]圖3描繪了額面心電軸系統(tǒng)和水平面心電軸系統(tǒng)，圖中的X軸是額面和水平面的交線，朝向人體的右側(cè)。導(dǎo)聯(lián)Vp \、V3> v4、V5、乂6所對應(yīng)的向量軸都在水平面上，分別于X軸呈-115°、-90°、-65°、-40°、-15°、10° (從 X 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))；導(dǎo)聯(lián) 1、I1、II1、aVR、aVL、aVF對應(yīng)的向量軸在額面上，分別于X軸呈0°、-60°、-120°、150°、30°、90° (從X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))。[0022]在這些二維心電軸系統(tǒng)中，額面導(dǎo)聯(lián)1、I1、II1、aVR、aVL、aVF的ST損傷向量是額面總3!'損傷向量在這些導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影，橫切面導(dǎo)聯(lián)￥1、￥2、^、￥5、￥6的ST損傷向量是水平面總ST損傷向量在這些導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影。
[0023]圖4描繪了空間心電軸系統(tǒng)，該系統(tǒng)將額面和水平面的二維心電軸相結(jié)合。在這個三位系統(tǒng)中，存在著12個心電軸分別對應(yīng)導(dǎo)聯(lián)Vp V2、V3、V4、V5、V6、1、I1、II1、aVR、aVL、aVF。每個導(dǎo)聯(lián)的ST段偏移值分別代表了對應(yīng)心電軸上向量的模。
[0024]十二導(dǎo)聯(lián)的ST損傷向量是空間總損傷向量在這些導(dǎo)聯(lián)心電軸上的投影。測出十二導(dǎo)聯(lián)的ST段偏移值后，且已知每條導(dǎo)聯(lián)心電軸的方向，通過逆向求解矩陣方程組便能夠解出總ST損傷向量。十二導(dǎo)聯(lián)對應(yīng)的心電軸方向向量以及各導(dǎo)聯(lián)的ST段偏移值如下:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，其特征在于:包括心電信號的獲取、ST段偏移量的計(jì)算、心電向量的逆投影、心電向量中心位置的確定、心肌血量分布范圍確定、血量分布彩色編碼的實(shí)現(xiàn)；從人體測出十二導(dǎo)聯(lián)心電圖:分別是胸導(dǎo)聯(lián)'、V2、V3、V4、V5、V6以及肢體導(dǎo)聯(lián)1、I1、II1、aVR、aVL、aVF，在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)對各導(dǎo)聯(lián)的信號進(jìn)行處理，信號中最高點(diǎn)為R波頂點(diǎn)，R波頂點(diǎn)向前80ms的電壓值為參考電壓VQ，R波頂點(diǎn)向后108ms的電壓值為ST段值V1; ST段的偏移量各導(dǎo)聯(lián)的VST值為心電軸系統(tǒng)中對應(yīng)導(dǎo)聯(lián)的損傷向量的模，各導(dǎo)聯(lián)的損傷向量為總損傷向量在各導(dǎo)聯(lián)對應(yīng)的心電軸上的投影；將心電軸系統(tǒng)放到三維坐標(biāo)系XYZ中，XZ平面代表人體橫切面，XY平面代表人體額面，即與身體長軸平行且與矢狀面和橫切面相垂直的切面，Z軸朝向?yàn)槿梭w前方向，X軸在人體額面和人體橫切面的交線上，Y軸在額面上，朝向?yàn)樯?；?dǎo)聯(lián)1、ΙΙ、ΠΙ、aVR、aVL、aVF對應(yīng)的向量軸在額面上，分別和X軸呈0°、-60°、-120°、150°、30°、-90°(從X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))；導(dǎo)聯(lián)％、V2、V3、V4、V5、V6對應(yīng)的向量軸在水平面上，分別和X軸呈-115。、-90。、-65。、-40。、-15。、10。(從 X 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn));心臟模型表面分解為多個微小三角形，保存每個三角形的頂點(diǎn)信息、和填充顏色的RGB編碼值；總損傷向量的起始點(diǎn)作為頂點(diǎn)，總損傷向量的方向作為高的方向，作圓錐與心臟模型相交，相交的區(qū)域心肌血量分布稀少，其他區(qū)域血量充盈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，其特征在于各導(dǎo)聯(lián)損傷向量的模=總損傷向量?各導(dǎo)聯(lián)的方向向量組，由此方程求解總損傷向量時(shí)存在矛盾解，方程兩邊右乘各導(dǎo)聯(lián)方向向量組的轉(zhuǎn)置得出總損傷向量的最小二乘解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，其特征在于心肌血量欠缺區(qū)域的大小和總損傷向量的大小成正比，以總損傷向量的起點(diǎn)(坐標(biāo)原點(diǎn))為圓錐頂點(diǎn)，總損傷向量作為圓錐高的方向，相交的區(qū)域內(nèi)血量較為稀少；即心臟表面某處相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的向量和總損傷向量的夾角小于角度值Θ時(shí)血量較為稀少，Θ的正切值和總損傷向量的大小成正比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種心肌血量分布三維彩色編碼顯示方法，其特征在于血量充盈的區(qū)域顯示紅色，血量稀少的區(qū)域偏紫，總損傷向量所在方向和心臟表面相交，心臟表面某處距離此交點(diǎn)的值 越小，此處的填充顏色越偏紫色，從而表征不同區(qū)域血量分布的不同。
【文檔編號】A61B5/0402GK103637794SQ201310723900
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】蔣依秦, 楊圣, 蔡莎莎, 張韶宇 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)