立体心电图的成像方法及成像仪

摘要

本发明涉及一种立体心电图的成像方法,利用计算机技术及立体成像技术将心脏的实际整体解剖图及心脏的实际内部解剖的各个切面图经扫描、合成处理成三维图像并存储在成像仪内;再将实际测出的心脏生物电空间活动衬在上述心脏解剖图像中,或以各种形式独立显示出心脏空间生物电活动的三维图像,可以以任意角度旋转观察,同时利用局部心肌除极的扩布变化与心电瞬时间变化位相关系一致的特点,用不同颜色形象直观地标记出来。

说明书

本发明涉及一种医学检查诊断方法及仪器，更确切地说是涉及现代医学诊断心脏生物电活动的立体心电图成像方法及成像仪。

目前现代医学科学的检查、诊视等手段正逐渐从一维走向三维空间技术领域，如B超、核磁共振等技术手段，使对疾病的诊断更科学、更直观、更准确。而用于诊断心脏生物电活动的心电图也经历了从一维线性心电图(ECG)、二维平面环心电向量图(VCG)和三维立体空间表达的立体心电图(3DIECG)的发展变化，分别代表着三个发展阶段。

其中的一维线性表达心脏生物电活动的方法是记录心脏两点间的正负电位差，侧重于心脏传导系统的顺逆时相关系和简单的P-QRS-T波形，来表述心房、心室肌的除复极变化，具有简单、实用、普及及资料丰富等优点，至今仍是临床心电图学的主体，其缺点是无法反映出立体空间的细致、局部和整体的心肌电活动扩布特点和心肌结构各向异性等问题，并且存在V1与V6导联的夹角盲区(135°)，不能360°立体全方位地反映出实际的心电活动，其振幅也不准确，难以提供鉴别及诊断复杂心脏疾病所需的大量精确信息，难以解释清楚许多临床现象，难以满足通过计算机网络进行专家正确会诊的要求。

心电向量图根据斜三角理论及导联向量概念设计校正导联系统，以平面环单周期心向量图方式积累起丰富的资料，从而弥补了传统心电图临床及理论中的大量缺陷。由于二维平面环是以横轴X、竖轴Y及前后轴Z相互垂直相交来记录心电活动的，从理论上说已建立起三维空间模式，但实际上仍是以平面向量环、单周期形式的描记，不仅不能连续描记以解决心律失常的诊断问题，而且从三个平面，即额面F、横面H及侧面S，不能看出瞬时间泪点实际的疏密变化，存在视角泪点重叠现象，故难以准确判断心肌局部除极扩布的瞬时间变化，也不能直观形象地表现出心脏立体生物电环体与心脏解剖实况之间的位置对应关系，不能发挥出立体空间准确诊断效果，也不能给临床带来更多的实际意义。

长期以来，人们一直在探索、寻求一种能立体全方位地反映心脏立体解剖结构、立体心脏电活动、传导系统顺逆时相关系和心肌生物电扩布时的立体标测等技术手段，而使心电图达到整体化、细致化、直观化及准确化的要求。

随着科学技术的飞速发展，心电描记器也经历了几代产品的更新，如弦线型、线圈转动型、直接描记型、阴极射线管型等，直至现今的电子计算机技术、电子计算机辅助设计、立体成像等，高新技术的发展推动了医学科学的发展，并保证了各种现代化的医疗检测手段得以实施。

本发明的目的是设计一种立体心电图的成像方法及成像仪，以三维空间图像观察诊断心脏生物电活动，还原原本一体的解剖结构与机能特点，能立体地全方位地反映出心脏生物电活动与实际心脏解剖位置间的位相关系、心脏传导系统的顺逆时相关系、心电瞬时间变化与心肌结构中局部心肌除极扩布的对应关系，将理论上的空间心电向量环变成直观视觉上的立体环，并通过任意角度的旋转变化，而可细致准确地观察瞬时间泪点疏密变化情况。

本发明的目的是这样实现的：立体心电图的成像方法，其特征在于包括以下步骤：

a．将心脏的实际整体解剖图及心脏的实际内部解剖的各个切面图经扫描、合成处理成三维图像并存储在成像仪内；

b．在现有12导心电图10根电极线基础上增加Frank氏7电极体系，其中Y轴正极与心电图左踝电极并连，构成16根电极线的输入导联系统，同步或分解地从人体表面取12导联心电图信号及正交或直交或X、Y、Z心电图信号，经放大、滤波、增益调节、光电隔离、采样保持及模数变换存储在成像仪内；

c．控制电子模拟开关将由16导联输入系统获得的心电信号按需要同步或分解提取12导心电图、3导正交心电图、9导立体心电图，通过X轴及Y轴构成额面F，并将Y轴分别以25、50、75、100毫米／秒的速度以时间轴连续拉开，构成时间心向量图，同时又将F面的X轴与Y轴以反时钟逆转90°，将X轴按时间拉开，形成变向时间心向量图，以X轴和Z轴构成横面H，以Y轴和Z轴构成侧面S，再经软件转向90°处理，构成6导联3个面的时间心向量图、变向时间心向量图及F、H、S三个面各心动周期不转向、不随时间轴连续拉开的逐拍或连续心向量图，而完成九导联统称的立体心电图；

d．将步骤a获得的心脏整体及切面的三维图像衬在由步骤c完成的立体心电图上，并利用心肌生物电除极变化与心脏肌肉生物电扩布对应关系一致的特点用不同的颜色标记出来，供显示器显示或供绘图仪、热敏记录仪描记记录。

所述的16导联系统中的6条导联线包括4条X轴、Z轴的正负电极、1条Y轴的负电极和1条校正电极，Y轴正电极与心电图II导联并联。

所述的步骤c还包括根据X、Y、Z三个轴的采样频率，在心肌除极扩布时，每隔一定时间予以阻断一次标志时间，以“泪点”方式显示出瞬时间方位、振幅及角度。

所述的步骤d还包括以十字交叉板及心脏解剖立体线条形式为衬，单独显示出心脏生物电活动的空间成像。

本发明通过设计16通道导联系统从人体表面取得所需要的信号，采用计算机技术、计算机辅助设计技术和三维立体成像技术，将传统的用平面表达心脏生物电的心电向量图转换成用三维立体空间图表达，同时衬以心脏实际解剖图形，并用不同的颜色标记出来，高度统一心脏的解剖特性及机能特性，避免了传统心电图中使用简单的P-QRS-T波形变化和凭经验而作的推理判断，使对心脏病的诊断更加直观、细致、全面和准确，从时间域、空间域、时空域和瞬时间域等多角度、多层次全面立体地观察心脏生物电活动，并可加入专家智能诊断系统中。本发明用微机控制电子模拟软开关的工作及进行数据处理，最终用显示屏显示出三维空间心脏电活动图像，可通过记录仪或绘图仪同步选择连续描记24导联的心电活动图，即12导联心电图、3导联正交心电图、9导联变向时间心向量图，还可描记时间心向量图、连续心向量图、分解／放大心向量图和立体心电图像。

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术

图1是实施本发明立体心电图成像方法的成像仪结构原理框图

参见图1，成像仪包括由16条线构成的16导联系统1、16个隔离级2、电阻导联选择网络3、电子模拟软开关4、前置放大器5、滤波器6、增益调节器7、光电隔离器8、采样保持器9、模数变换器(A／D)10、微计算机11(CAD)、数模变换器(D／A)12和绘图仪或热敏记录仪13。

16导联系统1从人体取到16路信号，分别通过各自的隔离级2送到电阻导联选择网络3，输出含有12导联心电图信号及正交心电图信号的电信号至电子模拟软开关4，可根据临床需要，由操作者通过键盘或鼠标器等输入规定的命令信号，由微计算机11控制电子模拟软开关4选择输出各种不同的导联或导联组合信号，并送各自的前置放大器5。前置放大器5具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比的特点，可将人体体表的微伏级信号不失真地放大1000倍以上。滤波器6用于滤掉高频噪声和50HZ噪声，信号经一级增益调节7可满足不同的使用需要，然后送光电隔离级8，使隔离级前的“地”与微机的“地”隔离开来，可减小地回路、降低干扰噪声，同时将前置级与电源隔离，保证被测人体的安全。信号通过光电隔离级传送至采样保持器9，模数变换器10对采样保持器9输出的各路信号轮番进行A／D变换，然后送入微机内存。根据需要通过微机11对内存的数据进行事后处理，最后通过数模转换器12转换成模拟信号送绘图仪或热敏记录仪13，描绘出所需的各种心电活动图形。

本发明的成像仪可立体全方位地反映出心脏生物电活动与实际心脏解剖位置间的位相关系、心脏传导系统的顺逆时关系、心电瞬时间变化与心肌结构中局部心肌除极扩布对应关系，将理论上的空间心电向量平面环变成肉眼直观的立体环，可以以任意角度随意旋转变化，以便细致准确地观察瞬时间泪点疏密变化情况；将心脏整体与局部解剖的不同切面图形用扫描仪记录、合成处理、存储在微计算机中，并用不同颜色标记出心肌先后除极扩布规律，使其更加直观化；由16条通道同步采样出12导心电图的单极导联和3导联正交心电图的双极导联信号，可描记出24条心电曲线，可随意同步组合、分解、放大，长时间描记12导心电图、正交心电图、变向时间心向量图、时间心向量图和分解／放大心电活动图形。将经本发明方法获得的立体心电图，再通过编制专家智能分析软件，对获取的大量心脏信息作定量、定性的分析诊断，而实现表格化、图形化的自动诊断。

本发明方法中的16导联系统是在现有的12导心电图10根电极线基础上再增加6条Frank′s电极体系构成的。前置放大器5是由传统的心电和心向量放大器经优化组合成的一体化结构。采用电脑技术对各导联信号进行模数转换、采样及存储，通过专门编制的软件对信号进行一系列的算法处理和数模变换。由微机控制电子模拟开关，将16导联系统取得的心电信号按需要同步／分解提取12导心电图、3导正交心电图及9导立体心电图，通过X轴及Y轴构成F面，并将Y轴分别以25、50、75、100毫米／秒的速度以时间轴连续拉开形成时间心向量图；同时又将F面的X轴及Y轴反时针逆转90°，以X轴按时间拉开，形成变向时间心向量图(changed TVCG／C-TVCG)，以便清楚地观察初始心肌除极的瞬时间泪点变化和最大向左向右向量；通过X轴和Z轴构成H面，Y轴和Z轴构成S面，再分别通过软件作转向90°按同上方法处理。这样就构成了6个导联3个面的时间心向量图和变向时间心向量图，而3导联逐拍或连续心向量图是指三个面F、H、S各心动周期不转向、不随时间轴连续拉开的逐拍或连续心向量图，由此完成九导联统称的立体心电图。

本发明中的分解／放大心向量图是指动用计算机软件编程将每个心跳周期的P、QRS及T环分别进行放大及排列组合，以便细致地观察心房／心室肌扩布的细微变化。

本发明的24通道连续记录的心电信号，可长时间随意设定单位时间内的连续采样、存储及随机回放。而三维图像是通过计算机技术及计算机辅助设计技术处理的。

本发明的立体心电图像表达出三方面的内容：心脏立体状外观及内部的不同切面解剖结构；立体显示心脏生物电的活动；局部心肌扩布时的彩色探测效果。上述内容的表达方法是采用适当的座标系，根据心脏解剖学图谱及实际心脏解剖结果，用X、Y、Z三个轴标记的心脏立体空间生物电和经实验证实的随瞬时间心脏生物电与局部心肌扩布的对应关系，作出三维造型，再进一步发展成透视图、作立体效果、消除隐藏线／面、将表面材料编辑成像(光照模型)，最后完成三维立体心电图形。实施时也可以通过人机对话，经修改绘制出分解图形，显示心电空间各瞬间矢量的大小、夹角、面积、比值、方位、转向、时间、速度等大量信息，并对其作出定量、定性分析。

用热敏记录仪可同步连续描记出12导心电图、正交心电图及立体心电图等，用绘图仪可任意单张或连续拷贝出各种立体图形及诊断报告。所记取的心电信号及立体心电图像还可用高分辨率显示器进行显示观察。