【技术实现步骤摘要】
用于根据医学图像和体表电位来表征心脏的电性质的系统和方法本申请要求保护2014年4月2日提交的编号为61/973,892的美国临时申请以及2014年7月8日提交的编号为62/021,898的美国临时申请的权益，通过参考将它们的公开以其整体合并于此。
本专利技术涉及心脏的电性质的表征、量化和可视化，并且更特别地涉及根据患者的医学图像和体表电位基于患者的电生理学模型来估计心脏的电性质。
技术介绍
心脏衰竭是西方世界中死亡的主要原因。由于不足的心脏功能，心脏衰竭引起呼吸困难和疲劳，并且还可能导致心脏骤停。在各种各样的心律紊乱之中，左束支传导阻滞（LBBB）影响大约25%的心脏衰竭患者。LBBB归因于心脏传导通路中的阻碍，它会降低电波的速度并潜在导致不同步的心跳。对于具有延长的QRS复杂性（例如QRS≥120ms）和低左心室射血分数的患者，心脏再同步治疗（CRT）是一种行之有效的治疗方法。CRT包括在心脏中植入电极以人为地使肌肉起搏（pace）且使心脏收缩“再同步”。然而，30%-50%的患者对CRT没有响应，尽管它是符合条件的。因此，期望对于CRT的更好患者选择。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于根据医学图像和体表电位测量结果（诸如典型心电图（ECG）或密集的体表标测（mapping）测量结果）来估计心脏的患者特定电性质和使其可视化的方法和系统。本专利技术的实施例利用心脏电生理学模型用于改进的患者选择和治疗计划，比如心脏再同步治疗（CRT）、房性或室性心律失常的射频消融或药物治疗。还...
【技术保护点】
1.一种用于根据患者的医学图像数据和无创性体表电位测量结果来估计患者特定心脏电性质的方法，包括：/n根据患者的医学图像数据和在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型来生成容积患者特定解剖心脏模型和患者特定解剖躯干模型；/n根据基于在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型测得的患者躯干上的体表电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的细胞外电位，以及根据所估计的细胞外电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位；以及/n通过以下内容来为患者估计空间上变化的患者特定心脏电参数：/n根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上初始化计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数，/n使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学，以及/n基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位和从模拟心脏电生理学得到的患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所模拟的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数。/n
【技术特征摘要】
20140402 US 61/973892;20140708 US 62/0218981.一种用于根据患者的医学图像数据和无创性体表电位测量结果来估计患者特定心脏电性质的方法，包括：
根据患者的医学图像数据和在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型来生成容积患者特定解剖心脏模型和患者特定解剖躯干模型；
根据基于在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型测得的患者躯干上的体表电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的细胞外电位，以及根据所估计的细胞外电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位；以及
通过以下内容来为患者估计空间上变化的患者特定心脏电参数：
根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上初始化计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数，
使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学，以及
基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位和从模拟心脏电生理学得到的患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所模拟的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
显示所估计的患者特定心脏电参数的3D标测图。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用具有所估计的患者特定心脏电参数的患者特定心脏电生理学模型来执行一个或多个患者特定电生理学模拟；以及
基于在一个或多个患者特定电生理学模拟的每一个中模拟的心脏电生理学来显示一个或多个电生理学标测图。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使用具有所估计的患者特定心脏电参数的患者特定心脏电生理学模型来执行一个或多个患者特定电生理学模拟包括：
接收选择虚拟起搏电极的一个或多个空间位置和起搏协议的用户输入；以及
使用具有在虚拟起搏电极的空间位置处添加的刺激电流的患者特定心脏电生理学模型来模拟随着时间的心脏电生理学。
5.根据权利要求1所述的方法，其中根据基于在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型测得的患者躯干上的体表电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的细胞外电位，以及根据所估计的细胞外电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位包括：
通过基于在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型求解空间正则化问题来根据对于多个时间帧中的每一个测得的患者的体表电位为多个时间帧独立地重建患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的细胞外电位的近似标测图；以及
根据心外膜表面上的细胞外电位的近似标测图来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位并且基于为跨膜电位建模的动作电位的形状执行心外膜表面的跨膜电位的空间-时间正则化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中根据心外膜表面上的细胞外电位的近似标测图来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位并且基于为跨膜电位建模的动作电位的形状执行心外膜表面的跨膜电位的空间-时间正则化包括：
基于心外膜表面上细胞外电位的近似标测图来初始化对心外膜表面上跨膜电位的动作电位传播进行建模的动作电位持续时间标测图、活化时间标测图和动作电位幅度标测图；
基于使用模板动作电位函数从动作电位持续时间标测图、活化时间标测图和动作电位幅度标测图估计的跨膜电位来初始化表示跨膜电位与细胞外电位之间的关系的函数；以及
执行以下步骤的一个或多个迭代：
使用分段L2正则化的Lp-范数优化来改进动作电位持续时间、活化时间和动作电位幅度标测图，其中分段L2正则化的Lp范数优化在如医学图像数据中标识的患者特定解剖心脏模型的伤痕、边界和心肌区中独立地执行正则化；以及
基于从经过改进的动作电位持续时间、活化时间和动作电位幅度标测图估计的跨膜电位来调整表示细胞外电位与跨膜电位之间的关系的函数以及随着时间执行函数的正则化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上初始化计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数包括：
基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来生成患者特定解剖心脏模型的表面上的一个或多个心脏电参数中的每一个的表面估计；以及
通过插值患者特定解剖心脏模型中的心肌容积上的一个或多个心脏电参数中的每一个的相应表面估计来在容积患者特定解剖心脏模型上生成一个或多个心脏电参数中的每一个的相应3D标测图。
8.根据权利要求7所述的方法，其中基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来生成患者特定解剖心脏模型表面上的一个或多个心脏电参数中的每一个的表面估计包括：
基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位的活化时间标测图来生成患者特定解剖心脏模型的表面上的电扩散率的2D标测图；
根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位的动作电位持续时间标测图来生成患者特定解剖心脏模型的表面上的局部去极化时间的2D标测图；以及
根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位的动作电位幅度标测图来生成动作电位幅度的2D标测图。
9.根据权利要求7所述的方法，其中基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位和从模拟心脏电生理学得到的患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所模拟的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数包括：
调整对于一个或多个心脏电参数中的每一个的相应3D标测图以降低心外膜表面上的所模拟的跨膜电位与心外膜表面上的所估计的跨膜电位之间的差。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学包括：
使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型内随着时间的跨膜电位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型内随着时间的跨膜电位包括：
使用患者特定解剖心脏模型生成笛卡尔网格域；以及
通过使用用于电生理学的Lattice-Boltzmann方法为多个节点中的每一个计算计算心脏电生理学模型的解来在笛卡尔网格域中计算在心肌内的多个节点中的每一个处随着时间的跨膜电位变化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中计算心脏电生理学模型是计算心脏机电模型。
13.根据权利要求12所述的方法，其中使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学包括：
使用计算心脏机电模型模拟容积患者特定解剖心脏模型内随着时间的跨膜电位以及患者特定解剖心脏模型随着时间的活动。
14.根据权利要求1所述的方法，其中使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学包括：
计算从所跟踪的动态心脏图像序列的多个帧上的分割段直接获得的移动网格上的心脏电生理学。
15.根据权利要求1所述的方法，其中计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数包括电扩散率参数、局部再极化时间参数以及动作电位幅度参数。
16.根据权利要求1所述的方法，其中患者特定解剖心脏模型包括根据患者的医学图像数据的分割来标识的具有特定组织状态的区域，并且为患者估计空间上变化的患者特定心脏电参数进一步包括：
利用基于该特定组织状态的预定值约束用于具有该特定组织状态的区域的心脏电参数。
17.根据权利要求1所述的方法，其中基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位和从模拟心脏电生理学得到的患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所模拟的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数包括：
基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位，从模拟心脏电生理学得到的所模拟的跨膜电位和根据动态心脏图像估计的心脏运动来调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数。
18.一种用于根据患者的医学图像数据和无创性体表电位测量结果来估计患者特定心脏电性质的设备，包括：
用于根据患者的医学图像数据和在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型来生成容积患者特定解剖心脏模型和患者特定解剖躯干模型的装置；
用于根据基于在患者特定解剖心脏模型与患者特定解剖躯干模型之间的电耦合模型测得的患者躯干上的体表电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的细胞外电位，以及根据所估计的细胞外电位来估计患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的跨膜电位的装置；以及
用于为患者估计空间上变化的患者特定心脏电参数的装置，包括：
用于根据患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上初始化计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数的装置，
用于使用计算心脏电生理学模型来模拟容积患者特定解剖心脏模型中的多个节点处随着时间的心脏电生理学的装置，以及
用于基于患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所估计的跨膜电位和从模拟心脏电生理学得到的患者特定解剖心脏模型的心外膜表面上的所模拟的跨膜电位来在容积患者特定解剖心脏模型上调整计算心脏电生理学模型的一个或多个心脏电参数的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，还包括：
用于显示所估计的患者特定心脏电参数的3D标测图的装置。
20.根据权利要求18所述的设备，还包括：
用于使用具有所估计的患者特定心脏电参数的...
【专利技术属性】
技术研发人员：P泽格雷尔，T曼西，MP乔利，B乔治斯库，A卡门，D科马尼丘，R莫莱罗，T帕塞里尼，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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