发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于SERF原子磁强计的心磁三维源位置估计方法，用于解决现有技术中心磁三维源位置估计方法的定位精度低、适用范围小、空间分辨率低、可靠性低的问题。

为实现上述目的及其他的相关目的，本发明提供一种基于SERF原子磁强计的心磁三维源位置估计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，根据被试者的医学结构图像信息，进行心磁前向问题模块，包括先建立针对被试者的个性化的心脏-双肺-躯干物理模型，然后把心脏-双肺-躯干物理模型坐标系与SERF原子磁强计阵列坐标系进行配准，最后根据心脏-双肺-躯干物理模型和配准信息来计算心磁引导场矩阵。心磁前向问题模块得到的心磁引导场矩阵用于心磁逆向问题模块中的逆问题方程求解。

步骤二，在心磁信号预处理模块，采用SERF原子磁强计阵列采集心磁信号并进行心磁信号处理，得到高信噪比的心磁信号、二维伪电流密度图和二维心磁地形图，所述心磁信号预处理模块包括先使用SERF原子磁强计阵列采集心磁信号，然后对采集的原始心磁信号进行初步处理，得到高信噪比的心磁信号，再根据高信噪比的心磁信号进行绘制二维伪电流密度图和二维心磁地形图。

步骤三，根据步骤一得到的心磁引导场矩阵和步骤二得到的高信噪比的心磁信号、二维伪电流密度图和二维心磁地形图，进行心磁逆向问题模块，所述心磁逆向问题模块包括建立基于心脏等效源模型，然后根据心脏等效源模型，以及步骤一和二得到的心磁引导场矩阵、高信噪比的心磁信号、二维伪电流密度图和二维心磁地形图信息进行逆问题方程求解，得到源位置三维坐标，最后把得到源位置三维坐标投影到心脏-双肺-躯干几何模型中，这就实现了基于SERF原子磁强计的心磁源位置估计。步骤一中的心脏-双肺-躯干物理模型为心脏-双肺-躯干几何模型通过边界元或者有限元方法建立的。

所述建立针对被试者的心脏-双肺-躯干物理模型包括：根据获取被试者完整一个心跳周期的医学结构图像进行分割，提取出心脏、双肺和躯干的轮廓，再重建出心脏-双肺-躯干完整一个心跳周期三维几何模型，利用边界元或者有限元方法建立心脏-双肺-躯干的物理模型。

所述用SERF原子磁强计阵列采集心磁信号时，SERF磁强计阵列布置在被试者胸前、后背、身体右侧和身体左侧，并分别在4个传感器阵列中心正上方40cm-45cm位置放置一个SERF原子磁强计作为参考传感器，用于测量周围环境的磁噪声。

所述对采集的原始心磁信号进行初步处理包括以下步骤：对心磁原始信号进行去除坏道，去除工频噪声，去除心磁伪迹信号，修正基线漂移，差分消除共模噪声，基于经验模态分解的阈值降噪处理，得到高信噪比的心磁信号。

所述逆问题方程求解中加入约束条件，对步骤二得到的二维伪电流密度图和二维心磁地形图进行源位置判别分析，得到源坐标所在的区域，使用该源坐标所在的区域作为逆问题方程求解的约束条件，以此来避免源位置估计中出现较大的误差。

所述建立基于心脏等效源模型，包括根据疾病特征选择不同的偶极子组成类型，如：等效电流偶极子、等效磁偶极子、混合偶极子，以及偶极子个数。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所述的一种基于SERF原子磁强计的心磁三维源位置估计方法使用SERF原子磁强计阵列检测被试者心磁信号，依次进行心磁正向问题模块，心磁信号预处理模块，心磁逆向问题模块，最终实现了心磁三维源位置估计，具有的优点是定位精度高、适用范围大、空间分辨率高、可靠性高。

传统心磁源位置估计是一个心跳周期中某一时刻的静态心脏-躯干的物理模型，其源位置估计没有考虑被试者呼吸以及心脏收缩或舒张带来的位置误差；本发明中由于建立完整一个心跳周期的心脏-双肺-躯干的物理模型，从而消除了被试者呼吸以及心脏收缩或舒张带来的位置误差，从而提高了源位置估计精度。

传统心磁源位置估计中心磁传感器阵列只是布置在被试者胸前，这会使得心磁传感器阵列检测到被试者靠近背部的心脏信号幅值较小，并且信噪比低，导致心磁源位置估计的精度在心脏不同区域分布不一样，在靠近心磁传感器阵列源位置估计精度较高，在远离心磁传感器阵列源位置估计精度较低，即高精度源位置估计的适用范围小；本发明中SERF磁强计阵列布置在被试者胸前、后背、身体右侧和身体左侧，保证可以采集到心脏所有区域较高信噪比的心磁信号，从而使得高精度的心磁源位置估计适用范围大，覆盖整个心脏区域。

传统心磁源位置估计中心磁传感器阵列只有一个，布置在胸前，采集心磁信号数量少，并且使用基于超导量子干涉仪的心磁传感器，其传感器体积(圆柱，直径为14mm)较大，导致传感器阵列密度较低，从而使得心磁源位置估计的空间分辨率不高；本发明中，同时布置4个传感器阵列，大大提高采集心磁信号的数量，并且使用SERF原子磁强计作为心磁传感器，其传感器体积(立方体，底面尺寸为6.2*12.4mm)较小，可以实现高密度阵列排布，由此可以提高心磁源位置估计的空间分辨率。

传统心磁源位置估计中没有布置参考传感器用于消除共模噪声，由此会使得心磁信号中具有共模噪声，从而降低心磁信号的信噪比，导致心磁源位置估计的可靠性不高；本发明中加入4个参考传感器，分别位于4个传感器阵列中心正上方40cm-45cm位置，在对采集的原始心磁信号进行初步处理中进行差分等处理，消除共模噪声，得到高信噪比的心磁信号，提高了源位置估计算法的可靠性。

传统心磁源位置估计是通过算法迭代求得数值解作为估计的源位置，源位置估计有时只是心脏某个区域的最优解，而非整个心脏区域的最优解，从而带来较大的源位置估计误差，其算法可靠性不高；本发明在逆问题方程求解中加入约束条件，即二维伪电流密度图和二维心磁地形图进行源位置判别分析，得出源位置的所在区域，以此为约束条件进行算法迭代求得数值解作为估计的源位置，从而避免出现局部最优，保证始终输出全局最优解，提高了源位置估计算法的可靠性。