基于彩色多普勒3D成像的准静态心室‑心脏磁场模型制造技术

本发明专利技术利用彩色多普勒3D成像技术，对心脏3D图像进行处理，提取左心室的边界，使用边界元方法构建一个基于彩色多普勒3D成像的准静态心室‑心脏磁场模型。利用该模型可以分析电流偶极子位于心脏不同位置，以及心脏电导率不同情况时产生的磁场，比较仿真结果和实测MCG数据的磁场图和电流偶极子位移的差别。并且可以模拟心脏的兴奋传导过程。本发明专利技术首次把彩色多普勒3D成像应用与人体心脏磁场建模中，能够更好地对心室和心房进行建模，使所构建的人体心脏模型更加符合人体电生理活动的特征。该模型可用于心脏磁场正问题及逆问题的研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及信息科学，生命科学，临床医学，物理和计算机科学等交叉研宄领 域。
技术介绍
心脏模型最早用于心电研宄。1983年Gulrajani和Mailloux建立了一个包含心 室内血块、肺，以及骨骼肌肉层的躯干模型。1999年Plonsey指出，心脏电活动过程中，传导 介质和器官边界对体表测量到的电位有很大影响，因此，确定传导介质和器官的边界对心 电研宄十分重要。心脏磁场传导介质根据复杂程度的不同，可分为无穷大均匀介质、有界均 匀介质和有界非均匀介质。 MCG早期研宄中，Geselowitz推导了心脏内部电流源与产生磁场的关系。1987年， Sarvas在此基础上给出了准静态条件下非均匀介质中对称导体内、外磁场的基本方程，并 指出，对称体积中的电导率对外部磁场没有贡献。1991年，Nenonen等用移动单电流偶极 子对10例WPW综合症（Wolff-Parkinson-Whitesyndrome，WPW)病人心室过早兴奋的位 置定位时，使用了人体躯干的BEM模型，考虑了人体躯干的边界。结果显示，该模型对定 位精度起到了改进的作用。1998年，Czapski和Ramon用MRI的解剖信息建立了一个高分 辨率的心脏-躯干BEM模型，并用该模型产生的数据与实测心磁图数据进行了比较。结果 说明，实测心脏磁场的大部分特征可以用仿真数据合理地表示。同年，Fischer等用同心球 BEM模型的计算结果与解析解的结果进行了比较，验证了该方法的有效性。同年，Purcell 等研宄了人体器官边界对电流偶极子产生的电势及磁场的影响，他们所用模型中包含了躯 干、肺及腔内血液。研宄表明，边界对于人体表面磁场强度的大小具有较大影响，但对其分 布形态（topology)影响不大。2002年，JensHaueisen等研宄了BEM模型对心脏内部不同 深度及区域中电流偶极子源定位的影响。他们所用模型包含躯干、肺及左右心室.研宄表 明，BEM模型有较好的定位效果。但是，从电生理学及解剖学的角度来看，还需进一步研宄 BEM模型对源重构的影响。2007年，Stenroos等人开放了一个基于准静态容积导体BEM模 型的Matlab软件包，并用该软件研宄了心脏组织中的传导问题，给出了基于边界的心脏磁 场传导计算公式。 心脏磁场建模中所用心脏、躯干等器官的影像数据多为MRI和CT数据，但它们在 图像清晰度、心脏搏动功能重建等方面存在一定的局限性，无论是MRI还是CT都或多或少 的对人体产生一定的损害，且使用MRI图像进行更为准确的心脏内部重构存在很大困难， 不能满足更为深入的关于心脏磁场问题研宄的需要。所以，我们在基于MRI的心脏-躯干 模型基础上，提出一种使用彩色多普勒3D成像技术对人体心室进行更为精准的重建，从而 构建更加符合人体电生理活动的心脏磁场模型。 彩色多普勒超声诊断技术，又称彩超，适用于全身各部位脏器超声检查尤其适用 于心脏等检查诊断。它是唯一能动态显示心腔内结构、心脏的搏动和血液流动的仪器，对人 体没有任何损伤。心脏探头就像摄像机的镜头，随着探头的转动，心脏的各个结构清晰地显 示在屏幕上，能看到心脏结构左、右及前、后位置上的变化，以及由此造成的血流路径的改 变；能看到异常位置的心脏伴发的各种畸形。目前，超声心动图对冠心病所涉及的冠状动 脉的重要血管、心肌、心脏结构及血管心腔血液动力学的状态可提供定性、半定量或定量的 评价。 我们利用彩色多普勒3D成像数据提取心脏内左心室的边界信息，使用边界元方 法重构基于彩色多普勒3D成像的准静态心室模型，同时，结合根据MRI图像提取的躯干及 心脏边界信息，建立了一个模拟左心室的躯干-心脏模型。
技术实现思路
本专利技术专利使用心脏彩超仪器采集人体心脏3D超声心动图，构建一个准静态的 左心室模型，结合人体躯干和心脏模型，建立一个准静态心室-心脏磁场模型。利用该模型 可以分析电流偶极子位于心脏不同位置，以及心脏电导率不同情况时产生的磁场，比较仿 真结果和实测MCG数据的磁场图和电流偶极子位移的差别。 )心室-心脏磁场模型的建立 1987年Sarvas给出了可用于生物磁场研宄的非均勾介质下的电磁场方程.空间磁场 可用关于电流密度/的积分方程表示：【主权项】1. 基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型，其特征在于，其构建的心 室-心脏磁场模型包括如下步骤： 步骤11，利用彩色多普勒3D图像，提取舒张期的左心室边界，构建基于彩色多普勒3D 成像的准静态心室-心脏磁场模型； 步骤12,根据所构建的准静态心室-心脏磁场边界元模型，计算分布电流源产生的磁 场； 步骤13,由于人体心磁检测传感器数量较少，模型下所得磁场数据是用来模拟实测的 心脏磁场数据，所以仿真测点也较少，为了提高计算精度，对心磁信号进行插值； 步骤14,对基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型中单电流偶极子在检 测平面上的磁场图分析。2. 根据权利要求1所述基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型，其特征 在于：在步骤11中，主要进行如下步骤 步骤21 :多彩色多普勒3D图像进行分层，共分为九层； 步骤22 :建立基于彩色多普勒3D图像的坐标系，提取每层截面图中左心室的边界信 息； 步骤23 :对所提取的边界信息进行优化处理，提取每层边界节点，并得到节点对应的 空间坐标； 步骤24 :相邻层的三个节点组成的三角形单元，把所有的三角形单元组合后即可得到 相应的BEM模型图。3. 根据权利要求1所述的基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型，其特 征在于：在步骤12中，主要进行如下步骤： 步骤31 :由空间点的磁场强度方程及人体心脏磁场模型中所有的边界面上的电位与 分布电流密度对应方程，计算得到模型中每边界面上&上的电位，并得到其对应的磁场数 据； 步骤32 :对所有边界面上的电势在检测平面上侧点处产生的磁场进行累加，得到模型 下电流偶极子在检测平面上的磁场值。4. 根据权利要求1所述的基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型，其 特征在于：在步骤13中，为了提高计算精度，对6X6测点上的心磁信号作三次样条插值， 从而得到401X401的高分辨率等磁场线图，即心磁图。5. 根据权利要求1所述的基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型，其特 征在于：在步骤14中，模型中的电导率参数固定，单电流偶极子的位置分别位于左心室的 内外，两个偶极子的大小相同，分别对两个单电流偶极子在模型条件下在检测平面所产生 的磁场数据的大小及空间分布形态进行分析。【专利摘要】本专利技术利用彩色多普勒3D成像技术，对心脏3D图像进行处理，提取左心室的边界，使用边界元方法构建一个基于彩色多普勒3D成像的准静态心室-心脏磁场模型。利用该模型可以分析电流偶极子位于心脏不同位置，以及心脏电导率不同情况时产生的磁场，比较仿真结果和实测MCG数据的磁场图和电流偶极子位移的差别。并且可以模拟心脏的兴奋传导过程。本专利技术首次把彩色多普勒3D成像应用与人体心脏磁场建模中，能够更好地对心室和心房进行建模，使所构建的人体心脏模型更加符合人体电生理活动的特征。该模型可用于心脏磁场正问题及逆问题的研究。【I本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于彩色多普勒3D成像的准静态心室‑心脏磁场模型，其特征在于，其构建的心室‑心脏磁场模型包括如下步骤：步骤11，利用彩色多普勒3D图像，提取舒张期的左心室边界，构建基于彩色多普勒3D成像的准静态心室‑心脏磁场模型；步骤12，根据所构建的准静态心室‑心脏磁场边界元模型，计算分布电流源产生的磁场；步骤13，由于人体心磁检测传感器数量较少，模型下所得磁场数据是用来模拟实测的心脏磁场数据，所以仿真测点也较少，为了提高计算精度，对心磁信号进行插值；步骤14，对基于彩色多普勒3D成像的准静态心室‑心脏磁场模型中单电流偶极子在检测平面上的磁场图分析。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊杰，王新良，靳翔，姚晓松，刘少伟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41