一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法，可穿戴式心磁三维测量装置通过磁屏蔽空间内可调节式背心固定的多个测量传感器，获得人体全部的三维心磁信号，方法包括：按照预设幅值信息对传输的三维心磁信号筛选，采用独立成分分析和经验模态分解方法对筛选后的心磁信号进行降噪和降维处理，并基于人体的CT影像建立的包括躯干、心脏和双肺区域的三维网格模型，采用正向求解方式获取心脏至体外传感器位置的磁场传导的导联场矩阵，基于导联场矩阵和多通道信号，逆向求解用于实时展示的心脏外膜表面的磁场分布。上述可穿戴式心磁三维测量装置能够同步获取三维心磁信号，并且实时分析进行展示，其成本低且便于携带。带。带。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法


[0001]本专利技术涉及生物医学
，尤其涉及一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法。

技术介绍

[0002]心磁图是一种无创，无接触的心脏检测技术，与心电相比具有高灵敏度，高信噪比，对涡流信号敏感等优势。心磁图在胎儿心脏疾病检测，冠状动脉疾病早期诊断，心脏病术后评估等心脏疾病诊断方面具有重要的临床研究价值。其中测量心脏磁场的SERF（Spin Exchange Relaxation Free, SERF）原子磁强计具有超高灵敏度。
[0003]现有的商业化心磁测量系统主要包括基于超导量子干涉仪（superconducting quantum interference device，SQUID）的心磁仪与基光泵磁力仪（Optically
‑
Pumped Magnetometers）于OPM的心磁仪。前者体积较大，移动不便，并且需要液氮冷却使用，维护费用昂贵。并且SQUID传感器距离躯干距离较远不能贴合躯干，并且测量方位受到限制，不能同步测量前胸及后背心磁信号。OPM心磁装置相对于SQUID传感器而言，维护成本低，移动方便，其现有系统只能测量前胸的心磁信号，不能同步获取全部的心磁特征信号。
[0004]为此，亟需一种能够同步获取三维心磁信号，并且进行正向成像的装置。

技术实现思路

[0005]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法。r/>[0006]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术实施例提供一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法，所述可穿戴式心磁三维测量装置借助于磁屏蔽空间内可调节式背心固定的多个测量传感器，获得对应测量传感器位置的三维心磁信号，所述三维成像方法包括：S10、按照预设幅值信息对传输的三维心磁信号筛选，获得筛选后的心磁信号；S20、采用独立成分分解和经验模态分解方法对所述筛选后的心磁信号进行降噪和降维处理，获得重构的多通道心磁信号；S30、基于重构的多通道心磁信号和预先采用正向求解方式获取的心脏至体外传感器位置的磁场传导的导联场矩阵L，采用逆向求解方式得到用于实时展示的心脏外膜表面的磁场分布；其中，所述导联场矩阵L为采用预先建立的三维网格模型、被测试的人体模型中各介质对应的电势、电导率及源点位置信息获取的；所述三维网格模型为基于人体模型的CT影像建立的包括躯干、心脏和双肺区域的模型。
[0007]可选地，所述S10包括：
在三维心磁信号中，选择幅值小于100PT的通道信号作为筛选后的心磁信号。
[0008]可选地，所述S20包括：S21、将筛选后的心磁信号中m路信号作为观测信号X进行主成分分析PCA的分解和白化处理，并按照Q%的贡献率选取前n个主成分，获得n维的心磁信号，n≤m；S22、采用峭度阈值方式对n维的心磁信号进行识别，获得去除噪声主导独立信号源（Independent Component, IC）的信号主导IC；S23、对所述信号主导IC进行经验模态分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）阈值化处理，获得重构后的多通道信号。
[0009]可选地，所述S21包括：将观测信号X进行PCA分解，按照99%的贡献率选取前n个主成分，并对选取的前n个主成分进行PCA白化；将观测信号和选择的前n个主成分形成白化矩阵V
n
×
m
，m为观测信号X中信号的维度；按照Z= V X进行白化，Z为白化后的信号，得到的Z中各维度均不相关，且方差为1；对Z进行ICA分解，得到n个相互独立的独立源成分（Independent Component, IC），分离矩阵为W，n维分离信号为S = W Z；其中，ICA分解产生的IC信号的排列无序，且幅值具有不确定性。
[0010]可选地，所述S22包括：峭度阈值处理是随机变量的四阶累积量，；峭度可作为信号高斯性的度量标准。高斯信号的，其概率密度曲线为正态分布曲线；亚高斯信号的，其概率密度曲线比高斯分布更平坦，可能出现多个峰；超高斯信号的，其概率密度曲线波峰更尖，拖尾更长。
[0011]有效信号为超高斯信号，其峭度值大于零；噪声信号为亚高斯信号，峭度值小于0； y为输入的相互独立的IC信号， E为求解均值函数，为峭度值；判断计算n维的心磁信号经过ICA处理后产生的各个IC的峭度值，并将峭度值与零进行比较，将大于零的峭度值所属心磁信号作为信号主导IC保留。也就是说，大于0为信号主导IC信号，小于0为噪声主导IC信号，丢弃噪声主导IC信号，保留信号主导IC信号，进行后续处理。
[0012]可选地，所述S23包括：对所述信号主导IC信号进行EMD分解，得到多个本征模态函数（IMF）；计算每一个IMF的噪声能量，对IMF进行分段阈值化处理，确定阈值和阈值化函数。根据阈值判断对应分量的每个模态单元为噪声主导或信号主导；通过阈值化函数对每个噪声主导分量进行阈值化处理，并将阈值化处理的信号和信号主导的信号进行重构，得到重构的多通道心磁信号。
[0013]可选地，所述S30之前，所述方法还包括：基于被测试的人体模型，获取CT影像及并基于CT影像建立包括躯干、心脏和双肺区域的三维网格模型；
基于所述三维网络模型，确定心外膜表面设置的源偶极子的位置信息，相邻边界面的电势和电导率，获取容积电流产生的磁场；根据公式（1）获取传感器所在位置的磁场，以及根据公式（2）获取导联场矩阵L；其中，为初级电流产生的磁场，为容积电流产生的磁场；公式中，为真空中的磁导率，为人体模型内部电导率分块连续的有界导体, 为内部的电流密度；表示源点所占的体积，为传感器位置，为源点即源偶极子的位置，位于不同介质的边界面，为第k个介质边界面，介质为躯干、心脏、双肺中的一种；k为介质之间的不同层，N为边界面的数目；表示边界面上的电势，分别为内外两侧的电导率，A为源点处的电偶极矩。
[0014]可选地，基于被测试的人体模型，躯干、心脏和双肺区域表面设置三个层次的电导率，且躯干外部空间电导率为0。
[0015]也就是说，在人体模型测试时，对应三维网格模型，在对应的躯干、心脏和双肺区域表面设置三个层次的电导率，且躯干外部空间电导率为0；为此，可基于正向建模和边界元算法，获取传感器对应位置的磁场分布，进而获得心脏外膜到传感器位置的正向导联场即导联场矩阵L；根据所述L以及前述S23中的重构的多通道心磁信号，逆向求解获得心脏外膜表面的磁场分布，该磁场分布是穿戴可调节式背心的人体对应的磁场分布。
[0016]第二方面，本专利技术实施例还提供一种可穿戴式心磁三维测量装置，其包括：可调节穿戴式背心、数据采集模块和三维成像模块；所述可调节穿戴式背心中各部分均为独立可拆卸式结构；所述数据采集模块包括：通过粘贴结构安装在可调节穿戴式背心的指定区域的传感器和上位机；所述上位机存储所述传感器监测的三维心磁信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可穿戴式心磁三维测量装置的三维成像方法，其特征在于，所述可穿戴式心磁三维测量装置借助于磁屏蔽空间内可调节式背心固定的多个测量传感器，获得对应测量传感器位置的三维心磁信号，所述三维成像方法包括：S10、按照预设幅值信息对传输的三维心磁信号筛选，获得筛选后的心磁信号；S20、采用独立成分分解和经验模态分解方法对所述筛选后的心磁信号进行降噪和降维处理，获得重构的多通道心磁信号；S30、基于重构的多通道心磁信号和预先采用正向求解方式获取的心脏至体外传感器位置的磁场传导的导联场矩阵L，采用逆向求解方式得到用于展示的心脏外膜表面的磁场分布；其中，所述导联场矩阵L为采用预先建立的三维网格模型、被测试的人体模型中各介质对应的电势、电导率及源点位置信息获取的；所述三维网格模型为基于人体模型的CT影像建立的包括躯干、心脏和双肺区域的模型。2.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述S10包括：在三维心磁信号中，选择幅值小于100PT的通道信号作为筛选后的心磁信号。3.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述S20包括：S21、将筛选后的心磁信号中路信号作为观测信号X进行主成分分析PCA的分解和白化处理，并按照的贡献率选取前个主成分，获得维的心磁信号，n≤m；S22、采用峭度阈值方式对n维的心磁信号进行识别，获得去除噪声主导独立信号源IC的信号主导IC；S23、对所述信号主导IC进行经验模态分解EMD阈值化处理，获得重构后的多通道心磁信号。4.根据权利要求3所述的三维成像方法，其特征在于，所述S21包括：将观测信号X进行PCA分解，按照99%的贡献率选取前n个主成分，并对选取的前n个主成分进行PCA白化；将观测信号和选择的前n个主成分形成白化矩阵V
n
×
m
，m为观测信号X中信号的维度；并按照Z= V X进行白化，Z为白化后的信号，得到的Z中各维度均不相关，且方差为1；对Z进行ICA分解，得到n个相互独立的独立信号源IC，分离矩阵为W，n维分离信号为S = W Z；其中，ICA分解产生的IC的排列无序，且幅值具有不确定性。5.根据权利要求3所述的三维成像方法，其特征在于，所述S22包括：峭度阈值处理是随机变量的四阶累积量，；有效信号为超高斯信号，其峭度值大于零即；噪声信号为亚高斯信号，峭度值小于零即； y为输入的相互独立的IC， E为求解均值函数，为峭度值；判断计算n维的心磁信号经过ICA处理后产生的各个IC的峭度值，并将峭度值与零进行比较，将大于零的峭度值所属心磁信号作为信号主导IC保留。
6.根据权利要求3所述的三维成像方法，其特征在于，所述S23包括：对所述信号主导IC信号进行EMD分解，得到多个本征模态函数IMF；计算每一个IMF的噪声能量，基于噪声能量对IMF进行分段阈值化处理，确定阈值和阈值化函数；根据阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳菲，宁晓琳，向岷，高阳，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：