Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца

Изобретение относится к кардиологии, сердечно-сосудистой хирургии, функциональной диагностике и клинической электрофизиологии сердца. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца включает следующие стадии: закрепление регистрирующих электродов на поверхности грудной клетки; регистрация ЭКГ; обработка ЭКГ-сигналов в режиме реального времени; ретроспективная обработка полученных ЭКГ; компьютерная или магнитно-резонансная томография грудной клетки; построение и редактирование компьютерных воксельных моделей органов грудной клетки и сердца; построение полигональных моделей торса и сердца; автоматическое определение координат регистрирующих электродов на поверхности грудной клетки; интерполяция значений ЭКГ-сигналов в узлы полигональной сетки; реконструкция потенциала электрического поля в заданных точках; визуализация результатов реконструкции электрического поля сердца; клиническая оценка результатов. При этом для построения воксельной модели используют алгоритм факторизации сдвига - деформации для преобразования просмотра. Стадия построения полигональных моделей включает: фильтрацию исходных воксельных моделей, построение триангуляционной поверхности, разреживание и улучшение качества сетки с использованием метода пуассоновской реконструкции. Изобретение позволяет повысить точность неинвазивной диагностики нарушений сердечного ритма и других сердечно-сосудистых заболеваний.7 з.п. ф-лы, 19 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ неинвазивного электрофизиологического исследования сердца, включающий следующие стадии:
закрепление одноразовых регистрирующих электродов на поверхности грудной клетки;
регистрация ЭКГ во множестве однополюсных отведений с поверхности грудной клетки;
обработка ЭКГ-сигналов в режиме реального времени;
ретроспективная обработка полученных ЭКГ;
компьютерная томография (КТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ) грудной клетки пациента закрепленными электродами;
построение по томографическим данным и редактирование компьютерных воксельных моделей органов грудной клетки и сердца, при этом для построения воксельной модели используют алгоритм факторизации сдвига - деформации для преобразования просмотра (Shear-Warp Factorization of the Viewing Transformation);
построение при помощи компьютерной программы полигональных моделей торса и сердца, причем стадия построения полигональных моделей включает следующие этапы:
фильтрация исходных вексельных моделей для уменьшения уровня случайного шума;
построение триангуляционной поверхности методом «марширующих кубов» или «методом исчерпывания» («advancing front method»);
разреживание и улучшение качества сетки с использованием метода пуассоновской реконструкции (Poisson Surface Reconstruction);
определение координат регистрирующих электродов на поверхности грудной клетки проводят в автоматическом режиме по данным КТ и МРТ;
интерполяция значений ЭКГ-сигналов в узлы полигональной сетки, которую осуществляют с использованием радиальных базисных функций;
реконструкция потенциала электрического поля в заданных точках грудной клетки, эпикардиальной поверхности сердца, поверхности межжелудочковой и межпредсердной перегородок;
визуализация результатов реконструкции электрического поля сердца в виде эпикардиальных электрограмм, изохронных и изопотенциальных карт, а также динамических карт (propagation maps) на полигональных моделях сердца и его структур;
клиническая оценка результатов.

2. Способ по п.1, в котором для КТ используют наклеиваемые металлические хлор-серебряные электроды, а для МРТ - наклеиваемые графитовые электроды.

3. Способ по п.1, в котором одноразовые электроды закрепляют в виде горизонтальных пяти - восьми поясов, расположенных на одинаковых расстояниях по вертикали, причем первый пояс располагают на уровне грудинно-ключичного сочленения, а последний пояс - на уровне нижнего края реберной поверхности и каждый пояс включает от 16 до 30 электродов, расположенных на одинаковых расстояниях по окружности грудной клетки.

4. Способ по п.1, в котором реконструкцию потенциала электрического поля сердца проводят путем численного решения задачи Коши для уравнения Лапласа методом граничных элементов, включающим решение возникающей в результате применения метода граничных элементов итоговой системы матрично-векторных уравнений

при помощи итерационной процедуры



при этом на каждом шаге итерационного процесса для решения уравнения (13) используют регуляризирующий метод решения, выбранный из группы: метод регуляризации Тихонова, в котором параметр регуляризации определяют по формуле

где α - параметр регуляризации, α₀ - малый действительный параметр, зависящий от погрешности задания граничных условий обратной задачи электрокардиографии, р - положительный действительный параметр, зависящий от скорости сходимости итерационной процедуры (11)-(13), β - положительный действительный параметр, зависящий от точности начального приближения (11) в итерационной процедуре (11)-(13),
k - номер итерации в итерационной процедуре (11)-(13),
или
регуляризирующий алгоритм на основе SVD-разложения матрицы уравнения (13) с заменой нулями сингулярных чисел, меньших заданного положительного числа ε, причем параметр ε определяют согласно формуле:
ε=ε₀+β·p^-(k/2), где ε₀ - малый действительный параметр, зависящий от погрешности задания граничных условий обратной задачи электрокардиографии, р - положительный действительный параметр, зависящий от скорости сходимости итерационной процедуры (11)-(13), β - положительный действительный параметр, зависящий от точности начального приближения (11) в итерационной процедуре (11)-(13), k - номер итерации в итерационной процедуре (11)-(13); или
регуляризирующий алгоритм решения уравнения (13) на основе итерационного метода обобщенных минимальных невязок (Generalized minimal residual method) с ограничением числа итераций, причем требуемое число итераций, требуемых для решения уравнения (13), определяют по формуле: n=n₀+λ·k,
где n - число итераций алгоритма обобщенных минимальных невязок, k - номер итерации в итерационной процедуре (11)-(13), n₀ и λ - положительные целые числа, зависящие от точности начального приближения (11) и скорости сходимости итерационной процедуры (11)-(13),
общее число итераций алгоритма (11)-(13) определяют по принципу невязки (принцип Морозова).

5. Способ по п.4, в котором для решения уравнения

системы матрично-векторных уравнений используется метод регуляризации Тихонова, причем параметр регуляризации определяют по формуле

где α - параметр регуляризации, α₀ - малый действительный параметр, зависящий от погрешности задания граничных условий обратной задачи электрокардиографии, р - положительный действительный параметр, зависящий от скорости сходимости итерационной процедуры, β - положительный действительный параметр, зависящий от точности начального приближения в итерационной процедуре, k - номер итерации.

6. Способ по п.4, в котором для решения уравнения

системы матрично-векторных уравнений используется регуляризирующий алгоритм на основе SVD-разложения матрицы уравнения с заменой нулями сингулярных чисел, меньших заданного положительного числа ε, причем параметр ε определяют согласно формуле
ε=ε₀+β·p^-(k/2),
где ε₀ - малый действительный параметр, зависящий от погрешности задания граничных условий обратной задачи электрокардиографии;
р - положительный действительный параметр;
зависящий от скорости сходимости итерационной процедуры;
β - положительный действительный параметр, зависящий от точности начального приближения в итерационной процедуре;
k - номер итерации.

7. Способ по п.4, в котором для решения уравнения

системы матрично-векторных уравнений используется регуляризирующий алгоритм на основе итерационного метода обобщенных минимальных невязок (Generalized minimal residual method) с ограничением числа итераций, причем требуемое число итераций определяют по формуле
n=n₀+λ·k,
где n - число итераций алгоритма;
k - номер итерации в общей итерационной процедуре;
n₀ и λ - положительные целые числа, зависящие от точности начального приближения и скорости сходимости процедуры (11)-(13)

8. Способ по п.4, в котором уравнения системы матрично-векторных уравнений решаются на основе «быстрого мультипольного метода» (Fast Multipole Method).