本發明屬于生物電生理檢測，具體涉及一種基于矩陣電極識別心肌細胞二維連續傳導場電位波形預測系統及方法。
背景技術：
1、心律失常是常見的心血管疾病，治療進展相對緩慢。心臟電標測系統的應用推動了心律失常機制的深入認識，提高了手術治愈率。但目前，其空間分辨率約2-5mm，時間分辨率>5ms。不能進一步支持解決臨床上需要更高識別精度的問題(如心梗，心肌病相關心律失常)。開發下一代滿足更高臨床診治需求的心臟電標測系統是心律失常相關研究的重點問題。傳統電標測系統受限于其傳導擴布算法的原理限制，只能通過電位發生的時相建立心臟電擴布順序。
技術實現思路
1、本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于矩陣電極識別心肌細胞二維連續傳導場電位波形預測系統及方法。
2、本發明針對“細胞-組織”尺度的探測上，建立了心肌細胞二維連續傳導場電位波形預測系統，并結合局部雙極記錄在場電位探測中的差分原理，開發了可通過定性、定量分析場電位波形，反向映射細胞間電傳導變化的數學物理方法。
3、本發明具體通過矩陣電極固定的物理間距構建探測電場的空間定位關系，再導入生物電場衰減方程，能夠模擬分布于一個平面上的心肌細胞在二維連續傳導場中的電位變化，并給出所定義的電極陣列的測量結果。通過輸入不同的參數和條件，用戶可以預測心肌細胞在不同情況下的電位波形，以及該情況下由所定義的電極陣列測得的結果，包括正常情況下和各種疾病狀態下的情況。這對于研究心臟病理生理過程、優化心臟疾病診斷和治療方案具有重要意義。通過本發明建立的系統，用戶可以更加方便地進行心肌細胞電位波形及電極測量結果的預測和分析，為心臟病理生理研究和臨床診療提供重要的參考依據。
4、本發明的第一個目的是提供一種基于矩陣電極識別心肌細胞二維連續傳導場電位波形預測系統，包括：
5、矩陣電極，用于獲取心肌細胞按矩陣分布的的電壓信號，并發送至多道差分放大器進行記錄；
6、電極偶聯器，用于耦連矩陣電極與多道差分放大器；
7、多道差分放大器，用于多通道同步記錄矩陣電極獲取的電壓信號，并發送至波形預測模塊；
8、波形預測模塊，用于根據輸入的矩陣電極位置、細胞參數、擬合常數、延時常數和矩陣電極坐標對多道差分放大器發送的電壓信號進行心肌細胞波形預測，得到心肌細胞電壓波形以及電極位置與細胞位置的關系，并輸出預測結果。
9、優選的，所述波形預測模塊包含：
10、輸入端，用于輸入矩陣電極位置、細胞參數、擬合常數、延時常數和矩陣電極坐標，并傳輸至波形預測單元；
11、波形預測單元，用于根據輸入的矩陣電極位置、細胞參數、擬合常數、延時常數和電極坐標對多道差分放大器發送的電壓信號進行心肌細胞波形預測，得到心肌細胞電壓波形以及電極位置與細胞位置的關系，并發送至輸出端進行輸出保存；
12、輸出端，用于將波形預測單元得到的心肌細胞電壓波形以及電極位置與細胞位置的關系進行輸出保存。
13、優選的，所述輸入端包含：
14、輸入子模塊1，用于輸入矩陣電極位置，并將輸入的矩陣電極位置傳輸至波形預測單元；
15、輸入子模塊2，用于輸入細胞參數、擬合常數、延時常數和矩陣電極坐標，并將輸入的細胞參數、擬合常數、延時常數和矩陣電極坐標傳輸至波形預測單元。
16、優選的，所述細胞參數包含細胞個數、細胞長度、細胞厚度和細胞中心點電壓。
17、優選的，所述輸出端包含：
18、輸出子模塊1，用于輸出不同矩陣電極向量投射的電壓波形，并保存成圖片；
19、輸出子模塊2，用于輸出矩陣電極位置與細胞位置的關系，并保存成圖片。
20、優選的，所述波形預測單元通過以下方法進行波形預測：
21、步驟一、根據細胞參數、擬合常數和矩陣電極坐標對多道差分放大器發送的電壓信號進行擬合，計算得到心肌細胞的單位電場分布；
22、步驟二、根據矩陣電極和單位電場的空間距離以及步驟一得到的單位電場分布，計算得到探測電壓，所述探測電壓的計算公式為：
23、u＝er
24、其中，e為單位電場，r為離點電荷；且：
25、
26、其中，q為電荷量，r為離點電荷，ε0為真空介電常數，εr為相對介電常數；
27、步驟三、將步驟二得到的探測電壓分布于以時間序列的x軸上，得到x軸時間序列；
28、步驟四、在不同向量場上，根據電極位置和矩陣電極坐標，對步驟二得到的不同位置矩陣電極上的探測電壓，進行電壓差分計算，得到電勢差，再根據得到的電勢差和步驟三得到的x軸時間序列進行積分，獲得不同矩陣電極向量投射的電壓波形；
29、步驟五、根據步驟四得到的不同矩陣電極向量投射的電壓波形和矩陣電極坐標進行對應，得到矩陣電極位置與細胞位置關系。
30、本發明的第二個目的是提供一種上述的基于矩陣電極識別心肌細胞二維連續傳導場電位波形預測系統的波形預測方法，包括以下步驟：
31、s1、通過矩陣電極獲取心肌細胞按矩陣分布的電壓信號；
32、s2、將步驟s1得到的電壓信號經電極偶聯器導入多道差分放大器；
33、s3、通過多道差分放大器同步采集記錄矩陣電極獲得的電壓信號；
34、s4、根據矩陣電極位置、細胞參數、擬合常數、延時常數和矩陣電極坐標對采集記錄的電壓信號進行心肌細胞波形預測，得到心肌細胞電壓波形以及電極位置與細胞位置的關系，并輸出預測結果。
35、優選的，步驟s4包含以下步驟：
36、s41、根據細胞參數、擬合常數和矩陣電極坐標對多道差分放大器發送的電壓信號進行擬合，計算得到心肌細胞的單位電場分布；
37、s42、根據矩陣電極和單位電場的空間距離以及步驟s41得到的單位電場分布，計算得到探測電壓，所述探測電壓的計算公式為：
38、u＝er
39、其中，e為單位電場，r為離點電荷；且：
40、
41、其中，q為電荷量，r為離點電荷，ε0為真空介電常數，εr為相對介電常數；
42、s43、將步驟s42得到的探測電壓分布于以時間序列的x軸上，得到x軸時間序列；
43、s44、在不同向量場上，根據電極位置和矩陣電極坐標，對步驟s42得到的不同位置矩陣電極上的探測電壓，進行電壓差分計算，得到電勢差，再根據得到的電勢差和步驟s43得到的x軸時間序列進行積分，獲得不同矩陣電極向量投射的電壓波形；
44、s45、根據步驟s44得到的不同矩陣電極向量投射的電壓波形和矩陣電極坐標進行對應，得到矩陣電極位置與細胞位置關系。
45、本發明與現有技術相比，其有益效果在于：
46、(1)本發明能夠快速預測心肌細胞在不同條件下的電位波形變化，幫助研究人員分析心臟電活動的規律性；
47、(2)本發明能夠預測不同條件下二維分布的心肌細胞的電活動在自定義的電極陣列處測得的結果；
48、(3)本發明能夠提供直觀的圖形界面，方便用戶輸入不同參數和條件，進行模擬實驗和數據分析。
49、(4)本發明能夠提供詳細的模擬結果輸出，包括電位波形圖、電壓分布圖、細胞與電極陣列的示意圖等，方便用戶進行進一步的研究和分析。