一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，该方法通过建立64导联体表电位数据和计算机断层扫描成像的联合采集框架，得到个性化的心脏‑躯干模型，通过Tikhonov正则化求解心电逆问题，重建心外膜电位从而准确定位室性早搏的异常激动点，具有重要的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法
本专利技术属于心脏电生理分析
，具体涉及一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法。
技术介绍
心电描记法(Electrocardiography)通过在体表记录心脏搏动周期中去极化和复极过程引起的电位变化，成为非侵入式地揭示心脏电生理活动的一项十分重要的方法。如果将心脏看作电场源，那么在心脏到体表的空间里就分布着相应的电场，在体表可以记录各个位置的电位。所谓心脏的电生理反演，就是通过体表电位分布，由外到内地推断心脏内的电活动由于心肌缺血而导致的异常情况。临床上医生通过心电图诊断心脏相关的疾病，这一过程也可以看作是心脏的电生理反演，只不过医生凭借的是基于经验积累的定性判断，具有很强的主观性。随着现代科学技术发展，基于数字心脏模型和计算机仿真的电生理反演成为可能。Rudy等人提出了心电功能成像(ECGI)的概念，并利用256个电极记录体表电位，同时通过平扫CT获取躯干和心脏的几何结构信息，进而建立边界元模型推导出关联体表电位和心外膜电位的转换矩阵，最后利用Tikhonov正则化方法和广义最小残差算法对心脏表面的电位、心电图、等时线和去极化类型等进行重建。但是ECGI目前并没有被广泛应用到临床上，这反映了ECGI本身存在的若干缺陷，包括它要求使用多达256根电极来记录病人的体表电位，这不仅提高了检查的成本，同时增加了操作的复杂度等。目前临床上对室性早搏的诊断主要依据12导联心电图，然而这样的方法只能对室性早搏进行初步诊断，不能提供诸如发生早搏的位置、早搏的提前时间等更加详细的信息。另一方面，在室性早搏的消融手术中，外科医生还借助于侵入式的手段直接测量心脏目标位置的电生理活动，对室性早搏的异常激动点进行定位。然而侵入式的方法效率不高，而且具有一定风险。因此，如何从现有的诊疗手段出发，在体外对室性早搏异常激动点进行定位，成为一个十分有意义的研究问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，该方法通过记录体表电位分布和计算机断层扫描成像，建立个性化的心脏-躯干模型，然后通过电生理反演对早搏点的位置进行准确定位。一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，包括如下步骤：(1)采集室性早搏病人的64导联体表电位数据以及胸腔断层扫描成像数据；(2)基于所述的胸腔断层扫描成像数据分别建立病人的三维躯干几何模型和三维心脏几何模型，进而将三维躯干几何模型和三维心脏几何模型在同一坐标空间内对齐，得到三维心脏-躯干模型；(3)对所述的64导联体表电位数据进行预处理，并在发生室性早搏的心动周期内标记QRS间期；(4)根据所述的三维心脏-躯干模型通过计算心电正问题得到描述心外膜电位与体表电位之间映射关系的变换矩阵；然后根据该变换矩阵对标记发生室性早搏心动周期内的体表电位数据进行反演即求解心电逆问题，重建出心外膜电位分布数据，进而根据心脏电兴奋传播时序图和心外膜电位分布数据对异常激动点进行准确定位。所述的步骤(1)中采集室性早搏病人的64导联体表电位数据以及胸腔断层扫描成像数据，具体操作过程为：首先，使病人穿戴上分布有64个电极导联的体表电位记录马甲，以采集病人的64导联体表电位数据；然后，将马甲上各电极的导线拔去或剪断，将保留有电极的马甲继续穿戴在病人身上并使病人接受计算机断层扫描，以获取病人的胸腔断层扫描成像数据。所述的步骤(2)中建立三维躯干几何模型的具体实现过程为：首先，通过成像在胸腔断层扫描图像中人工标记出各电极点的位置以获取各电极点的三维坐标，进而对三维空间中的电极点进行Delaunay三角剖分从而获得病人的三维躯干几何模型。所述的步骤(2)中建立三维心脏几何模型的具体实现过程为：首先，通过成像在胸腔断层扫描图像中截取心脏短轴方向上的若干切片：向下至少应包含心尖位置，向上至少包含右心室流出道位置；然后，对上述心脏短轴方向上的切片图像进行分割，分别得到心外膜、左心内膜和右心内膜的边界轮廓；最后，将上述一系列平行的边界轮廓用三角网格连接，即得到三维心脏几何模型。所述的步骤(2)中考虑到数字图像空间与心脏生理空间在各正交方向上的单位差异，因此需要将三维躯干几何模型和三维心脏几何模型在同一坐标空间内对齐，具体地根据DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，医学数字成像和通信)中的关键字段信息对三维心脏几何模型的尺寸和空间位置进行校正，将校正后的三维心脏几何模型与三维躯干几何模型融合即得到三维心脏-躯干模型。所述的步骤(3)中对64导联体表电位数据进行预处理的具体方法为：首先通过滤波对各通道的电位信号进行去噪处理；然后采用多项式拟合的方法对各通道去噪处理后的电位信号进行平滑处理；最后剔除工作状态不良的电极所对应通道的电位信号。所述的步骤(4)中对标记发生室性早搏心动周期内的体表电位数据进行反演，通过对以下目标函数进行优化求解以重建出心外膜电位分布数据；其中：H为描述心外膜电位与体表电位之间映射关系的变换矩阵，为标记发生室性早搏心动周期内的体表电位数据，心外膜电位数据，λ为正则化参数，||||2为二范数，L为单位矩阵、梯度算子或拉普拉斯算子。本专利技术基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，通过建立64导联体表电位数据和计算机断层扫描成像的联合采集框架，得到个性化的心脏-躯干模型，通过Tikhonov正则化求解心电逆问题，重建心外膜电位从而准确定位室性早搏的异常激动点，具有重要的实际应用价值。附图说明图1为采集体表电位数据的64导联电极分布位置示意图。图2为胸腔断层扫描影像中各电极的位置示意图。图3为个性化的3D躯干模型示意图。图4为分割心脏短轴图像中心外膜、左心内膜和右心内膜的边界轮廓示意图。图5为个性化的3D心脏表面网格模型示意图。图6为校正后的3D心脏-躯干模型示意图。具体实施方式为了更为明确地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，具体实施步骤如下：S1.采集室性早搏病人的64导联体表电位数据和穿戴体表电位记录马甲的胸腔计算机断层扫描成像数据。使病人首先穿戴分布64个电极的马甲进行体表电位数据记录，64导联在体表的分布位置如图1所示；然后病人在拔去或剪短马甲上的导线后继续穿着该马甲接受计算机断层扫描，记录躯干和心脏的几何结构。S2.从计算机断层扫描影像中建立个性化的3D躯干几何模型。在胸腔断层扫描影像中64导联的电极位置明显可见，如图2所示，可以在图像空间直接人工标记出电极点的位置；然后获得电极点的三维坐标。再对上述空间离散点进行Delaunay三角化从而获得个性化的3D躯干模型，如图3所示。S3.从计算机断层扫描影像中建立个性化的3D心脏几何模型。首先截取心脏短轴方向上的若干切片，向下至少应包含心尖位置，向上至少包含右心室流出道位置；然后对上述心脏短轴图像进行分割，分别得到心外膜、左心内膜和右心内膜的边界轮廓，如图4所示；再将上一步得到的一系列平行轮廓用三角网格连接，得到心脏的三维表面网格模型，如图5所示。S4.将躯干模型和心脏模型在同一空间对齐，得到个性化的心脏-躯干模型。考虑到数字图像空间和心脏生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，包括如下步骤：(1)采集室性早搏病人的64导联体表电位数据以及胸腔断层扫描成像数据；(2)基于所述的胸腔断层扫描成像数据分别建立病人的三维躯干几何模型和三维心脏几何模型，进而将三维躯干几何模型和三维心脏几何模型在同一坐标空间内对齐，得到三维心脏‑躯干模型；(3)对所述的64导联体表电位数据进行预处理，并在发生室性早搏的心动周期内标记QRS间期；(4)根据所述的三维心脏‑躯干模型通过计算心电正问题得到描述心外膜电位与体表电位之间映射关系的变换矩阵；然后根据该变换矩阵对标记发生室性早搏心动周期内的体表电位数据进行反演即求解心电逆问题，重建出心外膜电位分布数据，进而根据心脏电兴奋传播时序图和心外膜电位分布数据对异常激动点进行准确定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于ECGI的室性早搏异常激动点定位方法，包括如下步骤：(1)采集室性早搏病人的64导联体表电位数据以及胸腔断层扫描成像数据；(2)基于所述的胸腔断层扫描成像数据分别建立病人的三维躯干几何模型和三维心脏几何模型，进而将三维躯干几何模型和三维心脏几何模型在同一坐标空间内对齐，得到三维心脏-躯干模型；建立三维躯干几何模型的具体实现过程为：首先，通过成像在胸腔断层扫描图像中人工标记出各电极点的位置以获取各电极点的三维坐标，进而对三维空间中的电极点进行Delaunay三角剖分从而获得病人的三维躯干几何模型；(3)对所述的64导联体表电位数据进行预处理，并在发生室性早搏的心动周期内标记QRS间期；(4)根据所述的三维心脏-躯干模型通过计算心电正问题得到描述心外膜电位与体表电位之间映射关系的变换矩阵；然后根据该变换矩阵对标记发生室性早搏心动周期内的体表电位数据进行反演即求解心电逆问题，重建出心外膜电位分布数据，进而根据心脏电兴奋传播时序图和心外膜电位分布数据对异常激动点进行准确定位。2.根据权利要求1所述的室性早搏异常激动点定位方法，其特征在于：所述的步骤(1)中采集室性早搏病人的64导联体表电位数据以及胸腔断层扫描成像数据，具体操作过程为：首先，使病人穿戴上分布有64个电极导联的体表电位记录马甲，以采集病人的64导联体表电位数据；然后，将马甲上各电极的导线拔去...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华锋，马骁勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33