关键词: 心肌梗塞；体表电位；计算机仿真

由体表电位对心肌梗塞区域的定位，以往的方法一般只根据极小值出现的时刻和位置来进行，分辨率不高。本文提出了一种在现有方法的基础上，增加对体表电位积分差图的极值方向进行判别的新思路。模型实验表明，新方法大大提高了对心肌梗塞区域进行定位的分辨率。若能进一步得到临床验证，将有较高应用价值。

分类号： R318.04

THE VALUE OF BODY SURFACE POTENTIAL

QRS INTEGRAL MAP IN DETERMINATION

OF MYOCARDIAL INFARCTION LOCATION

Xu Wenlong, Xia Ling, Lu Weixue

(Dept. of Life Science and Medical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027)

ABSTRACT

Traditional determination of myocardial infarction location with body surface potential maps (BSPM) were processed according to the appearance time and location of the minimum value in body surface potential integral maps (IBSPM). Only about five areas in left ventricular wall could be separated in this method. An angle parameter which began from the minimum value location to that of the maximum in IBSPM departure map was introduced and used in the determination of myocardial infarction location. Model experiments showed that the angle parameter combined with old methods could improve the location resolution significantly.

Key words: Myocardial infarction; Body surface potential map; Computer simulation

0引言

对心肌梗塞区域的定位，常用方法有常规12导联心电图、超声心动图、左心室造影术以及心肌酶的分析，其中左心室造影术被认为是最准确的方法之一，但它是一种损伤性的检测手段。70年代以来，体表电位的研究作为一种非损伤性检测手段得到了较大的发展。基于临床的研究已经表明^［1］，相对正常人群体表电位QRS期间积分图中，-2SD(低于正常人群均值两个标准差)区域的面积与EF(left ventricular ejection fraction)具有负相关性(相关系数-0.93)，与AI(Ventricular Asynergy Index)具有正相关性(相关系数0.74)。此外，在分时图上，-2SD区域出现的时刻和位置与心肌梗塞的位置之间有密切的联系，并已被用于前外侧部、心尖部、膈面部和后基底等部位梗塞时的定位^［2］。但要对心肌梗塞区域作出较为精确的定位，目前还缺乏可靠的非创伤性手段。

计算机心电仿真模型的出现为我们提供了一种研究体表电位与心肌疾病之间相互关系的新方法。这种方法的最大优越之处在于可以任意设置各种各样的心脏电生理参数，通过仿真可以得出相应的十二导联心电图、心外膜电位图、心电向量图和体表电位图，在没有病人直接参与下进行各种模型试验，而后可以对试验结果进行分析和临床验证。因此计算机心电仿真模型又被称为“虚拟心脏”^［3，4］。与一般医学中的虚拟现实技术相比，它更注重功能上的模拟，因此其应用价值更为显著。本文正是利用我们浙江大学生物医学工程研究中心所开发的LFX虚拟心脏^［3，4］，通过大量的模型实验，发现了体表电位QRS期间积分差图极大值和极小值之间连线的方向在确定心肌梗塞发生区域中的应用价值，对今后提高临床上无创心肌梗塞定位的分辨率具有较大的指导意义。

1研究方法

1.1LFX虚拟心脏简介

本文采用浙江大学生物医学工程研究所研制的LFX虚拟心脏进行心肌梗塞的仿真研究。该虚拟心脏主要特点有：

(1)根据人体心脏及躯干的CT图片将心脏划分为65000个心肌细胞，其中心室部分约占2/3，分辨率达1.5mm。

(2)心肌细胞被分为特殊心肌细胞和普通心肌细胞，特殊心肌细胞有窦房结、房室结和P氏纤维。每个普通心肌细胞可以设定自己的电生理参数。模型中设置了17种持续时间不同的动作电位波形，以表达从心内膜到心外膜的心肌细胞动作电位持续时间越来越短的事实。同时还可以自定义动作电位波形以仿真各种病变。

(3)在心脏兴奋传播算法上采用基于规则-波面型仿真算法。采用边界元法仿真体表电位。

(4)心脏按其解剖位置被划分为53个分区(见图1)，在仿真中作为基本单位计算电偶极子。前40个分区每10个分区作为一个层面从心底排向心尖，第41到第47分区及第48到第53分区代表最靠心尖的两个层面，其中每个层面含有7层心肌细胞。

1.2心肌梗塞的仿真方法

心肌梗塞一般是由于冠状动脉阻塞，使依靠这支冠状动脉供血的一片心肌因缺血而受损，直至死亡。根据常用的模型仿真方法，心肌梗塞的仿真是通过设定心肌细胞不产生电活动来实现的。原始体表电位数据是通过仿真得到的20列10行的网格数据， 这些电位以

图1心室各心肌层的分区

该图为各心肌层的分区情况，上图为第1～4层的分区情况，每层分为10个分区。左下图为第5层的分区情况，分为7个分区。右下图为第6层的分区情况，分为6个分区。

图2极值方向的表达

矩形表示体表的展开方式，左、右边表示右腋中线，中间线表示左腋中线。An表示角度，以水平向右为零度，逆时针方向为角度增大方向。Wilson中心电位为参考电位，每隔3毫秒采样一次。绘制体表电位图时，采用双线性插值以保证电位势分布的唯一连续性。

其中V(x,y)、V(x,y+e)、V(x+d,y)和V(x+d,y+e)为矩形区域四个角点上的势，V(x+w,y+v)为插置求出的矩形区域内某点的电势，0≤w≤d,0≤v≤e。

1.3积分差图的分析方法

图3各分区的极值方向分布

图中所示的是各分区角度的分布情况，其中数字表示分区号码，两竖线间为同一个层面的不同分区。由图可见每个层面上不同分区的角度分布较为均匀且与解剖位置密切相关。

在分析方法上，我们利用了梗塞时QRS期间体表电位积分图相对与正常时的差图。一般认为该期间积分图所表达的是整个心脏在除极过程中综合的体表电位图，相对与正常时的差图则表达了梗塞所引起的变化。利用积分差图来定位心肌梗塞区域时，通常只根据差图上极小值的位置来进行，我们所采用的方法是在此基础上加上对极大值的考虑，引进了An表示从极小值指向极大值的方向。为此我们采取了以下步骤。

(1)设置一正常心肌模型，通过仿真程序的运行得到相应的体表电位图，并进行QRS期间的积分，标号所得体表电位的积分图为SO；

(2)设置第n(0～53)分区心肌梗塞时的心肌模型，通过仿真程序的运行得到相应的体表电位图，并进行QRS期间的积分，标号所得体表电位的积分图为Sn；

(3)从Sn中减去SO得到体表电位积分图的差图，记为Dn；

(4)从Dn中找出极大值maxn，并记录起出现的位置(max-xn, max-yn);

(5)从Dn中找出极小值minn,并记录起出现的位置(min-xn,min-yn)；

(6)计算从极小值指向极大值的方向An。

(7)对所有An进行分析。

2结果

在本文中，我们采用了An作为一项新参数用于提高心肌梗塞区域的定位能力。比较以往仅从极小值的出现位置和时刻进行心肌梗塞区域的定位方法，可以发现53个分区分别梗塞时极小值的位置大部分密集于左前胸的狭小区域内，在这狭小的进行精确的分类就显得非常困难了。而新参数An则不仅拓宽了分布空间且比较均匀的分布于一个圆周上(0度～360度)，且在同一层面上的心肌的分区An之间根据解剖位置具有明显的运动规律，主要有：

(1)第一层面上的A1到A8全分布于0度到180度之间，这是由于该层面最靠近心室底部，根据正常心脏的除极序列，该部位是心脏除极的较迟部位，在除极方向上以从心尖指向心底和从心内膜指向心外膜两个基本方向并重。前者决定了角度的分布范围在0度到180度之间，后者则决定了具体的角度大小。

(2)<