一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法
【专利摘要】本发明涉及一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，将心电信号中包含的血量分布信息转化为直观的三维彩色模型上。该方法采集人体十二导联的心电图，将心电图中包含的心肌血量分布信息——ST段的偏移量提取出。在心电轴系统中，通过各导联ST段损伤向量的逆投影得出总的心电损伤向量。建立标准的三维心脏模型，血量分布稀缺区域的中心位置为总损伤向量与心脏模型表面的交点，分布范围和总损伤向量大小成正比，并根据各个位置与血量分布稀缺区域的中心距离的不同进行RGB编码，从而显示出心肌血量在心脏模型表面的分布。
【专利说明】—种心肌血量分布三维彩色编码显不方法【技术领域】
[0001]本发明涉及通过直观三维彩色心脏模型来显示心肌血量分布的方法，特别涉及一种由一维心电信号转换为三维彩色编码的显示方法。
【背景技术】
[0002]心电图:心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形(简称ECG)。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。心电图包含了心脏中心肌血量分布的信息，但并非二维或者三维的血量分布情况，单纯的一维心电图信号只能通过经验公式对心肌血量分布的情况进行分析 。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，使用便于携带的测量仪器采集出人体十二导心电图，将一维心电信号转化为三维图像信息，根据原始信号的特征提取出有用信息，将二维心电轴系统改进为三维心电轴系统，通过心电向量的逆投影，使用最小二乘法合成ST总损伤向量，并通过其方向和大小显示出心脏血量分布的范围和程度。
[0004]本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，该方法包括心电信号的获取、ST段偏移量的计算、心电向量的逆投影、心肌血量分布范围确定、彩色编码的实现，其中:
[0006]电极接法与常规十二导联心电图的接法相同。VI导联在胸骨右缘第4肋间，V2导联在胸骨左缘第4肋间，V3导联在V2与V4连线的中点，V4导联在左锁骨中线与第5肋间处，V5导联和V6导联与V4导联处于同一水平，分别位于左腋前线与左腋中线。右上肢是红色导联线，左上肢是黄色导联线，左下肢是绿色，右下肢是黑色。
[0007]信号读取之后对其进行预处理，设定的一个时间段(暂定10s)，R波为每次心跳中心电信号幅值最大的波段，R波顶点处向后108ms的电位值用来表征ST段的电位V1;R波顶点处向前80ms的电位值用来表征参考电位％，ST段的偏移量;每条导联的ST段偏移值依次求出。
[0008]心电轴系统在三维坐标系XYZ中，XZ平面代表人体横切面，XY平面代表人体额面，Z轴朝向为人体前方向，X轴在人体额面和人体横切面的交线上，Y轴在额面上，朝向为上。导联1、I1、II1、aVR、aVL、aVF对应的向量轴在额面上，分别于X轴呈0°、60°、120°、-150°、-30°、90° (从X轴逆时针旋转)；导联V2、V3、V4、V5、V6对应的向量轴在水平面上，分别于X轴呈115°、90°、65°、40°、15°、-10° (从X轴逆时针旋转)。丹麦Aalborg大学研究的ST罗盘认为额面导联1、I1、II1、aVR、aVL、aVF的ST损伤向量是额面总31'损伤向量在这些导联心电轴上的投影，水平面导联￥1、￥2、^、^的ST损伤向量是水平面总ST损伤向量在这些导联心电轴上的投影。本发明将其结合为空间心电轴系统，总ST损伤向量在12导联心电轴上的投影为各导联的ST损伤向量。故各导联损伤向量的模=总损伤向量?各导联的方向向量组，由此方程求解总损伤向量时存在矛盾解，方程两边右乘各导联方向向量组的转置得出总损伤向量的最小二乘解。
[0009]以总损伤向量的起点(坐标原点)为圆锥顶点，总损伤向量作为圆锥高的方向，相交的区域内心肌血量分布较少，中心区域是ST总损伤向量延长线和心脏模型表面的相交点；即心脏表面的点相对于坐标原点的向量和总损伤向量的夹角小于角度值Θ时心肌血量分布较稀缺，Θ的正切值和总损伤向量的大小成正比。
[0010]与现有技术相比，本发明将一维心电信号有效转变为直观可靠的三维彩色模型；采用空间心电轴系统，比二维平面的心电轴系统更加有效；不仅仅考虑十二个心电向量各自起的作用，而是考虑每个心电向量和总向量之间的关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是检测心电信号的硬件框图；[0012]图2是心电图波形；
[0013]图3是额面和横切面心电轴系统；
[0014]图4是空间心电轴系统；
[0015]图5是三维心脏模型；
[0016]图6是心肌血量分布显示原理；
[0017]图7是心肌血量分布在心脏模型上显示的案例。
【具体实施方式】
[0018]图1描述了心电信号采集的硬件框图，使用ADS1298将电极采集的心电信号转化为数字信号，数字信号经FPGA处理传输回计算机，采样率为500SPS。计算机通过上位机程序控制ADS1298的工作方式。
[0019]电极的接法如下:V1导联在胸骨右缘第4肋间，V2导联在胸骨左缘第4肋间，V3导联在V2与V4连线的中点，V4导联在左锁骨中线与第5肋间处，V5导联和V6导联与V4导联处于同一水平，分别位于左腋前线与左腋中线。右上肢是红色导联线，左上肢是黄色导联线，左下肢是绿色，右下肢是黑色。
[0020]图2描绘了标准的心电图，心电信号读取之后在一个时间窗口内(暂定10s)对其进行预处理。将采样的每个点的电压值减去前后各10个点的电压平均值，即类高通滤波处理，过滤掉有些心电图中T波电位值有可能大于R波电位值的情况，处理过后信号的峰值所在位置就是R波顶点(如图2所示)。确定出R波顶点后，取其前80ms的电位值以及后108ms的电位值分别用来表征参考电位值\以及ST段的电位值V”则ST段的偏移量；十二条导联的ST段偏移值由此方法依次求出。
[0021]图3描绘了额面心电轴系统和水平面心电轴系统，图中的X轴是额面和水平面的交线，朝向人体的右侧。导联Vp \、V3> v4、V5、乂6所对应的向量轴都在水平面上，分别于X轴呈-115°、-90°、-65°、-40°、-15°、10° (从 X 轴逆时针旋转)；导联 1、I1、II1、aVR、aVL、aVF对应的向量轴在额面上，分别于X轴呈0°、-60°、-120°、150°、30°、90° (从X轴逆时针旋转)。[0022]在这些二维心电轴系统中，额面导联1、I1、II1、aVR、aVL、aVF的ST损伤向量是额面总3!'损伤向量在这些导联心电轴上的投影，横切面导联￥1、￥2、^、￥5、￥6的ST损伤向量是水平面总ST损伤向量在这些导联心电轴上的投影。
[0023]图4描绘了空间心电轴系统，该系统将额面和水平面的二维心电轴相结合。在这个三位系统中，存在着12个心电轴分别对应导联Vp V2、V3、V4、V5、V6、1、I1、II1、aVR、aVL、aVF。每个导联的ST段偏移值分别代表了对应心电轴上向量的模。
[0024]十二导联的ST损伤向量是空间总损伤向量在这些导联心电轴上的投影。测出十二导联的ST段偏移值后，且已知每条导联心电轴的方向，通过逆向求解矩阵方程组便能够解出总ST损伤向量。十二导联对应的心电轴方向向量以及各导联的ST段偏移值如下:
[0025]
【权利要求】
1.一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，其特征在于:包括心电信号的获取、ST段偏移量的计算、心电向量的逆投影、心电向量中心位置的确定、心肌血量分布范围确定、血量分布彩色编码的实现；从人体测出十二导联心电图:分别是胸导联'、V2、V3、V4、V5、V6以及肢体导联1、I1、II1、aVR、aVL、aVF，在设定的时间段内对各导联的信号进行处理，信号中最高点为R波顶点，R波顶点向前80ms的电压值为参考电压VQ，R波顶点向后108ms的电压值为ST段值V1; ST段的偏移量各导联的VST值为心电轴系统中对应导联的损伤向量的模，各导联的损伤向量为总损伤向量在各导联对应的心电轴上的投影；将心电轴系统放到三维坐标系XYZ中，XZ平面代表人体横切面，XY平面代表人体额面，即与身体长轴平行且与矢状面和横切面相垂直的切面，Z轴朝向为人体前方向，X轴在人体额面和人体横切面的交线上，Y轴在额面上，朝向为上；导联1、ΙΙ、ΠΙ、aVR、aVL、aVF对应的向量轴在额面上，分别和X轴呈0°、-60°、-120°、150°、30°、-90°(从X轴逆时针旋转)；导联％、V2、V3、V4、V5、V6对应的向量轴在水平面上，分别和X轴呈-115。、-90。、-65。、-40。、-15。、10。(从 X 轴逆时针旋转);心脏模型表面分解为多个微小三角形，保存每个三角形的顶点信息、和填充颜色的RGB编码值；总损伤向量的起始点作为顶点，总损伤向量的方向作为高的方向，作圆锥与心脏模型相交，相交的区域心肌血量分布稀少，其他区域血量充盈。
2.根据权利要求1所示的一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，其特征在于各导联损伤向量的模=总损伤向量?各导联的方向向量组，由此方程求解总损伤向量时存在矛盾解，方程两边右乘各导联方向向量组的转置得出总损伤向量的最小二乘解。
3.根据权利要求1所示的一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，其特征在于心肌血量欠缺区域的大小和总损伤向量的大小成正比，以总损伤向量的起点(坐标原点)为圆锥顶点，总损伤向量作为圆锥高的方向，相交的区域内血量较为稀少；即心脏表面某处相对于坐标原点的向量和总损伤向量的夹角小于角度值Θ时血量较为稀少，Θ的正切值和总损伤向量的大小成正比。
4.根据权利要求1所示的一种心肌血量分布三维彩色编码显示方法，其特征在于血量充盈的区域显示红色，血量稀少的区域偏紫，总损伤向量所在方向和心脏表面相交，心脏表面某处距离此交点的值 越小，此处的填充颜色越偏紫色，从而表征不同区域血量分布的不同。
【文档编号】A61B5/0402GK103637794SQ201310723900
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】蒋依秦, 杨圣, 蔡莎莎, 张韶宇 申请人:中国科学技术大学