一种心脏磁场测量系统、方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及磁场测量技术领域，尤其涉及一种心脏磁场测量系统、方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.心脑血管疾病是我国人口主要死亡原因。心脏磁场测量是一种检测早期心脏疾病的有效方案，是常规心电测量的有效补充。
3.目前心脏磁场测量主要通过超导量子干涉仪(squid)进行，但squid需要工作在液氦环境中，因此价格高昂且使用不变，此外隔绝人体与低温环境的杜瓦壁往往较厚，进而降低了信号的大小，增加了测量难度。
4.近年来，弱磁探测技术得到了发展，多种探头实现了技术突破，实现了无液氦的弱磁场检测，解决了心磁测量中的低温环境问题。但是由于地球磁场远大于心脏磁场，为了提高信噪比，需要降低背景磁场进而开启低量程测量模式，也需要医务工作人员使用屏蔽筒或者在屏蔽室的环境中进行测量，使得在进行心磁测量的操作复杂，且需要使用屏蔽筒或者在屏蔽室中进行测量，对如幽闭恐惧症的患者产生极大的心理压力。


技术实现要素：

5.本发明提供一种心脏磁场测量系统、方法、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中在对患者进行心磁测量时，需要通过屏蔽筒或者屏蔽室环境中进行测量，操作复杂的问题。
6.本发明提供一种心脏磁场测量系统，包括：
7.信号磁场测量模块，用于测量位于信号源处的空间磁场；
8.背景磁场测量模块，用于测量位于信号源处的动态背景磁场；以及
9.控制线圈模块，位于所述信号磁场测量模块与所述背景磁场测量模块之间，且包围住所述信号磁场测量模块，用于提供屏蔽所述动态背景磁场的多个自由度的磁场。
10.进一步，所述信号磁场测量模块包括若干个信号磁场测量探头，所述信号磁场测量探头包括：磁通门探头、磁阻探头和霍尔探头中的至少一种，若干个所述信号磁场测量探头呈矩阵排列。
11.进一步，所述背景磁场测量模块包括一个或多个背景磁场测量探头，所述背景磁场测量探头包括：磁通门探头、磁阻探头和霍尔探头中的至少一种。
12.进一步，所述控制线圈模块包括若干个线圈，若干个所述线圈分层排列设置。
13.进一步，所述控制线圈模块用于提供9至12个自由度的磁场。
14.进一步，所述控制线圈模块为空心状的平行六面体，所述信号磁场测量模块位于所述平行六面体内。
15.进一步，所述若干个线圈中的每层线圈的厚度为0.15mm-0.25mm，各线圈之间的间距为0.15mm-0.25mm，每层线圈的长度为11cm-13cm，宽度为10cm-13cm，高度为2cm-4cm。
16.本发明提供的一种以上系统的心脏磁场测量方法，包括以下步骤：
17.获取背景磁场测量模块测量出的动态背景磁场和空间位置坐标；
18.获取控制线圈模块中控制线圈的数量；
19.根据动态背景磁场、空间位置坐标和控制线圈的数量，计算控制线圈模块用于屏蔽所述动态背景磁场的电流；
20.在所述电流通入所述控制线圈模块后，获取信号磁场测量模块测量出实际信号源的磁场。
21.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的心脏磁场测量方法。
22.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的心脏磁场测量方法。
23.本发明提供的一种心脏磁场测量系统，通过背景磁场测量模块测量动态背景磁场，同时，利用控制线圈模块来提供磁场对动态背景磁场进行屏蔽，进而通过信号磁场测量模块能够测出实际的磁场数据，进而便于医务工作人员操作，同时，能够在开放的环境中进行测量，减轻了患者的心里负担。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的一种心脏磁场测量系统的俯视结构示意图；
26.图2是本发明提供的一种心脏磁场测量系统的控制线圈模块的结构示意图。
27.附图标记：
28.1：信号磁场测量模块；2：控制线圈模块；3：背景磁场测量模块。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.下面结合图1和图2描述本发明的一种心脏磁场测量系统，包括信号磁场测量模块1、背景磁场测量模块2和控制线圈模块3。
31.具体的，信号磁场测量模块1用于测量位于信号源处的空间磁场。
32.其中，信号磁场测量模块1包括若干个信号磁场测量探头，信号磁场测量探头包括：磁通门探头、磁阻探头和霍尔探头中的至少一种。若干个信号磁场测量探头呈矩阵排列。通过设置若干个信号磁场测量探头，且将若干个信号磁场测量探头呈矩阵排列，能够提高心磁测量的准确性。
33.具体的，能够选用4*4*1的磁通门探头，放置的信号源位置为沿人体胸腔向外方向放置一层，在垂直该方向上呈2维排列。如果选用4*4*4的磁通门探头，即放置的信号源位置为沿人体胸腔向外方向放置四层，在垂直该方向上呈3维排列。其中，每个磁通门探头为2cm*2cm*2cm,探头间隔2cm。同时，也可以将磁通门探头替换为磁阻探头或霍尔探头。
34.具体的，背景磁场测量模块2用于测量动态背景磁场。
35.其中，背景磁场测量模块包括一个或多个背景磁场测量探头，背景磁场测量探头包括：磁通门探头、磁阻探头和霍尔探头中的至少一种。
36.具体的，在信号磁场测量模块的上方及前后左右均设置有磁阻探头，其中，磁阻探头优选为隧穿磁阻探头，从而用于测量动态背景磁场。通过磁阻探头能够实现无液氦的心磁检测。
37.控制线圈模块3位于信号磁场测量模块与背景磁场测量模块之间之间，且包围住信号磁场测量模块，用于提供屏蔽动态背景磁场的多个自由度的磁场。提供的磁场强度区间为-1毫特斯拉至1毫特斯拉。其中磁场强度区间优选为-0.1毫特斯拉至0.1毫特斯拉。其中，控制线圈模块与信号磁场测量模块之间存在间距。
38.控制线圈模块包括若干个线圈，若干个线圈分层排列设置。
39.控制线圈模块能够提供9至12个自由度的磁场。如控制线圈模块提供9个自由度的磁场或12个自由度的磁场。本实施例中，将控制线圈模块中的线圈进行三维分布，能够获得12个自由度的磁场：包括x、y和z方向的3个0阶均匀场和9个梯度场。如果将控制线圈模块中的线圈进行二维分布:即将线圈都布置在一个平面上(比如xy平面)，就不需要对某方向(z)的3个梯度场(bxz,byz,bzz)进行补偿，即得到9个自由度的磁场。从而通过能够控制线圈模块产生的磁场对动态背景磁场进行抵消，实现对动态背景磁场进行屏蔽。
40.若干个线圈中的每层线圈的厚度为0.15mm-0.25mm，各线圈之间的间距为0.15mm-0.25mm，每层线圈的长度为11cm-13cm，宽度为10cm-13cm，高度为2cm-4cm。
41.本实施例中，通过由9层控制线圈构成的控制线圈组作为控制线圈模块，使得每层控制线圈提供一个磁场自由度，从而提供9个自由度的磁场，9个自由度包括x、y和z共3个方向的均匀场以及6个在各个方向的梯度场。便于对动态背景磁场进行抵消，使得弱磁测量探头均能在低量程状态稳定工作。
42.每层控制线圈为空心平行六面体，使得控制线圈模块的大小为12cm*12cm*3cm。每层控制线圈的厚度为0.2mm，层间间距为0.2mm。每层主动控制线圈提供一个磁场自由度。
43.其中，对每层控制线圈通入电流产生磁场，从而用于屏蔽动态背景磁场。
44.将信号磁场测量模块放置于心脏的位置，通过背景磁场测量模块测量的动态背景磁场，利用控制线圈模块提供的控制线圈磁场对动态背景磁场进行屏蔽，实现对信号磁场测量模块提供稳定的近零磁环境，进而通过信号磁场测量模块能够测出实际的磁场数据，进而便于医务工作人员操作。同时，本发明能够在开放的环境中进行测量，减轻了患者的心里负担。
45.下面对本发明提供的心脏磁场测量方法进行描述，下文描述的一种心脏磁场测量方法与上文描述的一种弱磁场测量系统可相互对应参照。
46.一种心脏磁场测量方法，包括以下步骤：
47.步骤1、获取背景磁场测量模块测量出的动态背景磁场和空间位置坐标。
48.本实施例中，选取5个磁阻探头作为背景磁场测量模块，将5个磁阻探头分别安装于控制线圈模块的前后左右和上方的5个面外。
49.获取在控制线圈模块的前后左右和上方5个面外均设置的磁阻探头测量出的动态背景磁场，并记录各个磁阻探头的空间位置(x,y,z)。
50.同时，根据空间中的磁场b(x,y,z)可以分解为x、y和z三个分量，如式(1)可得：
[0051][0052]
其中，x,y,z为空间位置坐标，b0为均匀场,k为空间一阶梯度场矩阵。即空间中磁场b(x,y,z)分布主要由b0和k决定。
[0053]
通过最小二乘法对公式(1)进行拟合，可得动态背景磁场b
bg
，如式(2)：
[0054][0055]
其中，t表示时间，即表示动态背景磁场b
bg
是动态的，需要通过时间测量计算，b
bg0
(t)表示某个时间点的0阶均匀场，k
bg
(t)表示某个时间点的梯度场，b
bg_x0
(t)表示某个时间点x方向的均匀场，k
bg_xx
(t)表示某个时间点的x方向的梯度场。
[0056]
步骤2、获取控制线圈模块中控制线圈的数量。
[0057]
具体包括：获取控制线圈模中控制线圈的数量为12层。
[0058]
步骤3、根据动态背景磁场、空间位置坐标和控制线圈的数量，计算控制线圈模块用于屏蔽所述动态背景磁场的电流。
[0059]
步骤包括，将每层控制线圈能够提供的自由度的磁场形成对角矩阵m，如式(3)：
[0060][0061]mx0
表示第一个线圈通如1a的电流时，在x方向产生m
x0
特斯拉的磁场，第一行其余元素为0，表示该线圈不产生其它磁场分量。
[0062]mzy
表示第12个线圈通入如1a的电流时，在z方向磁场中，产生m
zy
特斯拉每米的y方向梯度场，最后一行其余元素为0，表示该线圈不产生其它磁场分量。
[0063]
提供的控制线圈磁场b
coil
，如式(4)：
[0064][0065]
其中，b
coil0
表示线圈产生的0阶均匀场，k
coil
表示线圈产生的梯度场。具体为：b
coil_x0
、b
coil_y0
和b
coil_z0
分别为线圈的x方向、线圈的y方向和线圈的z方向的均匀场，k
coil_xx
表示线圈的一个分量的梯度场。
[0066]
当控制线圈磁场b
coil
对动态背景磁场b
bg
进行磁场屏蔽时，能够得出如式(5)：
[0067][0068]
将把公式(5)按公式(2)和公式(4)展开可得公式(6)：
[0069][0070]
其中，b
bg_x0
和k
bg_xx
等变量与b
coil_x0
和k
coil_xx
等一一对应。
[0071]
将公式(6)同时乘以m-1
可得公式(7)：
[0072][0073]
从而得出控制线圈模块用于屏蔽所述动态背景磁场的电流in(n＝1～12)。使得控制线圈模块产生的控制线圈磁场对动态背景磁场进行磁场屏蔽。
[0074]
步骤4、将所述电流通入所述控制线圈模块后，获取信号磁场测量模块测量出实际信号源的磁场数据。
[0075]
通过控制线圈模块来代替屏蔽筒或屏蔽室，提供稳定近零磁环境，使得弱磁探头能再低量程条件下正常工作。同时，通过信号磁场测量模块、背景磁场测量模块和控制线圈模块能够实现对心脏磁场进行测量，不仅简单稳定，能有效提高心磁测量的经济性。而且能够在开放环境下操作，对被检测人员更加友好。
[0076]
本发明还提供一种电子设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行心脏磁场测量方法，该方法包括：
[0077]
获取背景磁场测量模块测量出的动态背景磁场和空间位置坐标；
[0078]
获取控制线圈模块中控制线圈的数量；
[0079]
根据动态背景磁场、空间位置坐标和控制线圈的数量，得出控制线圈模块用于屏蔽所述动态背景磁场的电流；
[0080]
将所述电流通入所述控制线圈模块后，获取信号磁场测量模块测量出实际信号源的磁场数据。
[0081]
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0082]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现心脏磁场测量方法。该方法包括：
[0083]
获取背景磁场测量模块测量出的动态背景磁场和空间位置坐标；
[0084]
获取控制线圈模块中控制线圈的数量；
[0085]
根据动态背景磁场、空间位置坐标和控制线圈的数量，得出控制线圈模块用于屏蔽所述动态背景磁场的电流；
[0086]
将所述电流通入所述控制线圈模块后，获取信号磁场测量模块测量出实际信号源的磁场数据。
[0087]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0088]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0089]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。