[发明专利]针对心电流定位的高分辨率心磁图还原

说明书

技术领域

本发明涉及心磁图(MCG，magnetocardiogram)成像领域。更具体地，本发明涉及根据从电磁传感器单元输入的稀疏数据(sparse data)来产生高分辨率MCG图像。

背景技术

心电流(cardiac electric current)由心脏中的电生物(electrophysiological)过程产生。定位异常电流对于诊断诸如心肌梗塞、心绞痛等缺血性(ischemic)疾病来说非常重要。如F.Stroink在Int.Conf.on Biomagnetism Advances in Biomagnetism，28：1-8，2010的“Forty Years of Magnetocardiology”中说明的，这在用于治疗和病情跟踪的导管实验(catheter lab)中对患者是有益的。

传统上，通过心电图(ECG，electrocardiogram)来诊断诸如心律不齐等心电活动。然而由于ECG仅提供时间(temporal)信息，所以即使已经检测到缺血性疾病，ECG也不能直接定位心脏中的异常电流。然而，如Wang等人在″Noninvasive volumetric imaging of cardiac electrophysiology″，CVPR，页2176-2183，2009中说明的，通过使用大量的电极(导线)，体表电位绘图(Body Surface Potential Mapping)能够重构体表电位图。尽管如此，因为信号经常由于体组织的较差导电性而失真，所以电流定位精度仍然受到限制。

心磁图或心磁描记术(magnetocardiography)(MCG)的出现提供了在空间和时间上对心电流的更精确测量。参考图1A，MCG系统包括传感器单元11，传感器单元11包括少量的电磁传感器13(典型地被布置为由64个或更少个传感器组成的平面阵列)。身体内的电脉冲产生磁场15。在当前情况下，人类心脏19作为被观测(observed)的电流源17。

每个传感器13是捕获点(capture point)，下文中可以称作捕获器13。每个捕获器13沿着与传感器平面阵列(即，z方向)垂直的方向，测量从病人胸部21(即，人躯干)发出的一维(即，1D)磁波形。MCG传感器单元11通常被放置在病人胸部21上方5到10厘米处，并以非侵入的(non-invasive)方式测量病人的心脏磁场。在每个捕获器13处，测量电磁活动的低分辨率(下文中称作low-res)二维(2D)MCG图。

与ECG相比，MCG具有一些优点。首先，由于体组织的磁特性，在与体表(即，z方向)垂直的方向上心脏的电脉冲(即，电流)产生的磁场不失真。因此，对于在心脏紊乱(disorder)的早期阶段的较弱电活动，MCG更精确并且灵敏。其次，MCG传感器阵列可以定位心脏中电流的位置。最后，MCG测量是非侵入的。经过对MCG的四十年研究，MCG测量的心电流定位和高分辨率视觉化在研究领域和临床领域都受到越来越多的关注。

然而关于MCG存在一些难题，这些难题迄今为止阻碍MCG成为心脏病学中的主流医学诊断工具。一个难题是低分辨率2D MCG图不足以定位心脏中的电流。例如，具有25mm传感器间隔的64通道Hitachi^TM MCG系统(如Tsukada等人在″Newly Developed Magnetocardiographic System for Diagnosing Heart Disease″，Hitachi Review，50(1)：13-17，2001中描述的)仅测量8×8MCG图(即，由64个测量点组成的8×8阵列)。

由于传感器13的尺寸而使MCG图的分辨率受到限制，这限制了MCG传感器单元11可以具有的传感器13的数目。

因此，MCG中的必要步骤是根据低分辨率2D MCG图来创建高分辨率(下文中称作High-res)MCG图像或图。图1B示出了这种高分辨率图像的两个图像示例23和25。图像23示出了健康心脏的已还原的高分辨率MCG图像的切向图像(tangential image)。图像23内的最大点25(即，最强点)表示心脏内电流的位置(或源)。因此，高分辨率MCG图像允许医生直接“看到”心脏中的电活动。图像25示出了非健康心脏的已还原的高分辨率MCG图像的切向图像。图像25与健康心脏的图像23有很大不同，因此为诊断提供了重要的提示(cue)。与低分辨率MCG图相比，高分辨率MCG图像提供了更大的诊断意义，并且对于精确电流定位起到了基础的作用。