[發(fā)明專利]一種基于圖總變分約束的無創(chuàng)心臟電生理反演方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910577062.1
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110393522B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉華鋒;謝淑婷
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A61B5/318
• 分類號: A61B5/318;A61B5/346
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

1.一種基于圖總變分約束的無創(chuàng)心臟電生理反演方法，包括如下步驟：

(1)采集病人的64導(dǎo)聯(lián)體表電位序列以及胸腔CT掃描圖像，具體地：使病人穿戴64導(dǎo)聯(lián)電極設(shè)備進(jìn)行CT掃描，掃描范圍需包含所有導(dǎo)聯(lián)的位置，得到病人64導(dǎo)聯(lián)體表電位序列后需對其進(jìn)行去噪以及拉平預(yù)處理；

(2)根據(jù)胸腔CT掃描圖像分別建立軀干和心臟的三維網(wǎng)格模型，并在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行配準(zhǔn)，具體地：三維展示包含64導(dǎo)聯(lián)位置的胸腔CT掃描圖像，標(biāo)記64個導(dǎo)聯(lián)電極在軀干上的位置，截取心臟短軸方向的約20張CT切片圖像，范圍從右心室流出道高度至心尖，在每張CT切片圖像上標(biāo)記左心室、右心室與心外膜的輪廓，進(jìn)而通過德洛內(nèi)三角剖分法構(gòu)建心臟三維網(wǎng)格模型；

(3)結(jié)合心肌各向異性傳導(dǎo)信息，得到心肌跨膜電位與體表電位間的映射關(guān)系Φ＝HU，Φ為體表電位序列，U為心肌跨膜電位序列，H為兩者間的轉(zhuǎn)換矩陣，其根據(jù)bidomain假設(shè)并結(jié)合心肌的各向異性傳導(dǎo)信息及特性通過計算得到；

(4)根據(jù)上述映射關(guān)系，在已知體表電位序列Φ的基礎(chǔ)上利用二階吉洪諾夫正則化求解心肌跨膜電位序列關(guān)于電生理反演問題低精度的初始解具體計算表達(dá)式如下：

其中：L為拉普拉斯矩陣，λ為正則化系數(shù)，^T表示轉(zhuǎn)置；

(5)根據(jù)初始解并考慮各心臟節(jié)點狀態(tài)的相似程度，建立圖結(jié)構(gòu)G＝(V,E,W)，具體實現(xiàn)方式如下；其中V為圖結(jié)構(gòu)G的頂點集即所有心臟節(jié)點的集合，E為圖結(jié)構(gòu)G的邊集合即記錄了心臟節(jié)點間的相似程度，W為權(quán)重矩陣即為每條邊賦予不同的權(quán)重值；

5.1以各心臟節(jié)點作為圖中頂點，并利用初始解為各頂點賦予初值即各心臟節(jié)點對應(yīng)的初始跨膜電位序列，從而得到頂點集V；

5.2對于集合V中的任一心臟節(jié)點i，根據(jù)初始跨膜電位序列計算心臟節(jié)點i與其他所有心臟節(jié)點之間的歐氏距離；

5.3根據(jù)歐氏距離利用K鄰近搜索算法確定與心臟節(jié)點i最鄰近的k個節(jié)點，組成集合N_i，k為大于1的自然數(shù)；

5.4將連接心臟節(jié)點i與最鄰近k個節(jié)點的k條邊保存至邊集合E中；

5.5為不同的邊賦予不同的權(quán)重值，從而得到權(quán)重矩陣W，其中：

其中：σ為圖結(jié)構(gòu)G中所有邊的平均長度，|| ||₂表示2范數(shù)；

(6)根據(jù)上述圖結(jié)構(gòu)G根據(jù)下式計算心肌跨膜電位序列U的圖總變分

其中：i為集合V中的任一心臟節(jié)點，N_i為心臟節(jié)點i所有鄰接節(jié)點的集合，j為集合N_i中的任一心臟節(jié)點，w(i,j)為連接心臟節(jié)點i和j的邊的權(quán)重值，u_i和u_j分別為心臟節(jié)點i和j上的跨膜電位序列,|| ||₁表示1范數(shù)；

(7)根據(jù)圖總變分建立以下目標(biāo)函數(shù)，并對其進(jìn)行優(yōu)化求解得到高精度的心肌跨膜電位分布序列U，具體則采用前后原始對偶法交替求解目標(biāo)函數(shù)中可導(dǎo)的2范數(shù)數(shù)據(jù)保真項和不可導(dǎo)的1范數(shù)正則化項，直至收斂得到唯一的最優(yōu)解；

其中：μ為正則化參數(shù),|| ||_F表示F范數(shù)。