本发明专利技术公开了一种基于跳动心脏模型的心脏电功能成像方法。基于双心室的电力耦合心脏模型得到心脏位置位移变化；采用边界元方法分别建立跳动心脏不同时刻心外膜与体表电位之间的传递矩阵Ｔ↓［ＢＨ］；获取躯干的不同时刻体表电位分布φ↓［Ｂ］，求解心外膜电位分布，实现心脏电功能成像；采用常用的Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法求解心外膜电位分布。本发明专利技术提出的基于动态心脏模型的心脏电功能成像方法，能够有效的克服静态心脏模型中所引入的几何误差，获取较精确的心外膜电位分布成像，正确的检测出心脏电活动信息，为心脏疾病的预防和治疗提供了很有意义的临床信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及心脏电功能成像方法，尤其是涉及一种基于跳动心脏模型的心 脏电功能成像方法。
技术介绍
心血管疾病仍然是导致心脏突然停止的主要原因，据估计在西方国家每年有250,000人因此而丧失生命。最常见的导致心脏突然停止跳动的主要原因就是心 律失常，(诸如室颤，室动过速)，它使心脏的跳动失去同步性导致猝死。如果 在心律失常后的几分钟内没有实施除颤或心肺复苏(Cardiopulmonary resuscitation, CPR)，死亡将无法避免。 一些患者在猝死前没有出现任何心脏疾 病先兆和诊状。虽然如此，最近研究证明36%的猝死的年青运动员都患有一定 的肥厚性心肌症。此外，那些患有充血性心衰疾病的人具有极高的概率死于心 律失常猝死(发生概率是普通人群的6-9倍)。将近一半的慢性心衰病人由于持 续性的心动过速而容易死于猝死。因此，在预防猝死的过程中，识别和定位诸 如室动过速类的心律失常是至关重要的。研究开发一种无创的心脏电功能及心 律失常的形态成像是非常必要的。这种心脏电功能成像能够区分出那些处于心 律失常危险中的人群，做好预防准备，以防止猝死。心律失常是导致人体死亡和病残的一个主要原因。显然，诊断和治疗处于心 律失常危险中的患者是十分重要而且必要的。常规的诊断技术，诸如标准的12 导联心电图(ECG)的是心脏电活动在体表低分辨率的投影，只提供心脏电活 动整体的反映。同时测量体表多个位置的记录，即体表电位分布图，能够提高 比心电图跟高分辨率的心电活动投影，但仍然并没有真正反映心脏源的电活动。 体表电位图也没有足够的分辨率来反映心脏内局部事件的过程。如果我们能够 获取心脏心外膜表面的电活动情况，那么在心律失常诊断方面将具有巨大的诊 断价值°心脏电功能成像(Noninvasive Electrical Function Imaging of the Heart, EFIH)是一种新的成像模式，即能够无创的成像心脏表面的心电活动情况。在 心脏电功能成像中，可以通过多电极背心记录体表电位图(Body Surface Potential Maps,BSPMs)，然后使用CT图像获取几何信息，通过数学算法，能够无创的 重建心外膜的电位、电描记图、等势线等。心脏电功能成像的目的是使心脏电 功能成像能够提供一种形态成像类似于CT或MRI ,但提供心脏的功能和影像诊断。心脏电功能成像是有希望成为检测心脏电功能异常的诊断工具，心脏电 功能成像能够确定异位起搏点的位置，这在指导射频消融治疗手术中具有非常 重要的意义，而且心脏电功能成像能够重建关于心肌梗塞的异常的电生理特性。 心脏电功能成像方法的评价不仅限于各种心脏疾病患者，也应用于正常心脏功 能评估。在心脏电功能成像研究的文献中，心脏模型的重构都没有考虑心脏在一个心 动周期内的舒张、收縮运动，忽略了心脏在运动过程中位置的变化，基本上假 定处于静止状态，称之为静态心脏模型。在整个心动周期内，由于心脏机械形 变导致心脏运动，因此心脏的几何位置发生变化，这就产生了不同的心脏-躯干 模型，通过边界元方法可以得到不同的传递矩阵。当假定心脏处于静止状态， 忽略心脏的几何位移引入几何误差，将导致逆问题解的性能降低。本专利技术提出 的建立真实的、跳动的心脏模型对心脏电功能成像以获取心脏电活动信息具有 非常重要的临床意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，对由 体表电位推断心外膜电位的分布的求解算法进行研究，为国内外的心脏电功能 成像的研究提供一种稳定、精确的求解方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案，该方法包括以下各步骤(1)基于双心室的电力耦合心脏模型计算跳动心脏各单元在心动周期中的形变；(2)在心动周期内，由于心室壁的运动导致心脏形变，这就形成了不同的心 脏-躯干模型，相对形变RD用来估量心脏形变的程度，其定义如下其中为心脏舒张末期心外膜各点/的位置，朋^ j是在时刻f心外膜的 坐标位置，为所有心外膜的点数；(3) 采用边界元方法分别建立跳动心脏不同时刻心外膜电位分布与体表电 位分布之间的传递矩阵7^;(4) 获取躯干的不同时刻体表电位分布％，釆用常用的Tikhonov正则化方 法求解心外膜电位分布，实现心脏电功能成像。所述的基于双心室电力耦合心脏模型获取在心动周期内心脏跳动位移变化信息，在不同时刻形成不同的心脏-躯干模型。所述的实现心脏电功能成像，在心电图QRS波段期间，利用动态心脏电功 能成像方法分别获取心外膜的电位分布，以获取心脏电活动信息，与静态心脏 电功能成像方法得到结果比较，在QRS波段期间，由于心室发生较小形变，基 于动态心脏模型和基于静态心脏模型的心脏电功能成像得到心外膜电位分布成 像的结果非常相似。所述的实现心脏电功能成像，在心电图ST-T波段期间，利用动态心脏电功 能成像方法分别获取心外膜的电位分布，与静态心脏电功能成像方法得到结果 比较，在ST-T波段期间，由于心室发生较明显形变，如果假设心室处于静止状 态模型，忽略心脏的跳动，会引入大量的几何误差，导致静态心脏电功能成像 的误差非常大，因此在ST-T波段期间，动态心脏功能成像方法，考虑了由于心 脏跳动而产生几何位置变法，避免了在心脏电功能成像过程中弓I入几何误差， 改善了心外膜电信息分布成像质量。本专利技术具有的有益效果是本专利技术提出的基于动态心脏模型的心脏电功能成像方法，能够有效的克服 静态心脏模型中所引入的几何误差，获取较精确的心外膜电位分布成像，正确 的检测出心脏电活动信息，为心脏疾病的预防和治疗提供了很有意义的临床信 息。附图说明图1基于动态心脏模型的心脏电功能成像的结构框图。 图2跳动心脏模型中的心脏形变计算的原理框图。 图3心脏电功能成像方法中，体表电位分布仿真的基本框图。 具体实施例方式本专利技术提出的一种基于动态心脏模型的心脏电功能成像方法，用于成像心外膜电位分布信息，以检测心脏电活动信息，具体的实施步骤如下(1) 由CT获取人体的心脏、肺、躯干的几何信息，进行三角形网格划分， 建立心脏-躯干模型。体表划分成412个节点，820个网格；心脏表面由339个 结点，654个三角形网格组成；肺由297个节点，586个的三角形网格组成。(2) 采用有限元方法，充分考虑了心肌的纤维旋向，将心室划分为13层节点， 1979个单元，5937自由度。然后根据LFX模型中的心肌种类以及兴奋传播算法 可得到心肌的兴奋时序分布，提取有限元节点的兴奋时序，采用有限元分析中 等参元理论和复合材料理论，计算得到心电信号激励产生的心肌收縮力，根据力学特性分析计算心室中各单元在心动周期中的形变，如图2所示。(3) 采用边界元方法建立心外膜与体表电位之间的传递矩阵T^ ，得体表电位 分布与心外膜电位分布之间的传递矩阵维数为412x339。边界元法是在边界积 分方程法和有限元基础上发展起来的一种数值计算方法，它结合了两种算法的 优点。边界元法的剖分对象为场域的边界面，可以将复杂的三维问题处理转换 为只有人体表面和心脏表面的二维问题，因而提高了计算的效率。(4) 体表电位仿真框图如图3所示。在本专利技术中，根据心脏-躯干模型，采用 边界元方法建立心外膜电位分布于体表电位分布之间的传递矩阵T^ ;由心脏细 胞的动作电位波形和兴奋时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于跳动心脏模型的心脏电功能成像方法，其特征在于：该方法包括以下各步骤：（１）基于双心室的电力耦合心脏模型计算跳动心脏各单元在心动周期中的形变；（２）在心动周期内，由于心室壁的运动导致心脏形变，这就形成了不同的心脏－躯干 模型，相对形变ＲＤ用来估量心脏形变的程度，其定义如下：ＲＤ＝∑↓［ｉ］↑［ｎ］‖ｎｏｄｅ＿ｔ（ｉ）－ｎｏｄｅ＿ｅｄ（ｉ）‖／∑↓［ｉ］↑［ｎ］‖ｎｏｄｅ＿ｅｄ（ｉ）‖（１）其中ｎｏｄｅ＿ｅｄ为心脏舒张末期心外膜各点ｉ的位 置，ｎｏｄｅ＿ｔ是在时刻ｔ心外膜的坐标位置，ｎ为所有心外膜的点数；（３）采用边界元方法分别建立跳动心脏不同时刻心外膜电位分布与体表电位分布之间的传递矩阵Ｔ↓［ＢＨ］；（４）获取躯干的不同时刻体表电位分布φ↓［Ｂ］，采用常用的 Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法求解心外膜电位分布，实现心脏电功能成像。
【技术特征摘要】
1、 一种基于跳动心脏模型的心脏电功能成像方法，其特征在于该方法包括以下各步骤(1)基于双心室的电力耦合心脏模型计算跳动心脏各单元在心动周期中的形变；(2)在心动周期内，由于心室壁的运动导致心脏形变，这就形成了不同的心脏-躯干模型，相对形变RD用来估量心脏形变的程度，其定义如下<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>RD</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>Σ</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>node</mi><mo>_</mo><mi>t</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>node</mi><mo>_</mo><mi>ed</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>Σ</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>node</mi><mo>_</mo><mi>ed</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo&...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏灵，蒋明峰，寿国法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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