用于重構電生理活動的多維基本解方法技術

在示例中，n維基本解方法(MFS)被用于基于幾何數據和電數據來計算心臟包絡上的重構的電活動，其中n是大于三的正整數。電數據表示從分布在患者身體表面上的多個位置非侵入性地測得的電活動，并且幾何數據表示針對分布在身體表面上的測量電活動的位置的三維身體表面幾何形狀以及用于心臟包絡的三維心臟幾何形狀。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于重構電生理活動的多維基本解方法相關申請的交叉引用本申請要求于2018年4月2日提交的標題為“MULTI-DIMENSIONALMETHODOFFUNDAMENTALSOLUTIONSFORRECONSTRUCTIONOFELECTROPHYSIOLOGICALACTIVITY”的美國專利申請No.15/943133的權益，其全部內容通過引用并入本文。
本公開涉及感興趣的表面上的多維無網格重構電生理活性。
技術介紹
可以求解逆問題以基于在身體表面上測得的電活動來重構在身體表面內部的電活動。這種應用的一個示例涉及心電圖成像，其中可以將在軀干上測得的電位與幾何信息結合起來，以重構心臟表面上的電位。例如，可以對計算機進行編程以組合并處理身體表面電位數據和幾何數據以重構心臟表面電位(例如，心外膜電位)的估計。重構的心臟表面電位進而可以被處理以生成一個或多個心外膜心臟表面電位圖、心外膜心臟表面電圖和心外膜心臟表面等時線。
技術實現思路
在示例中，系統包括存儲器和一個或多個處理器。存儲器用于存儲數據和可執行指令。數據包括表示從分布在身體表面上的多個位置測得的電活動的電數據。該數據還包括表示分布在身體表面上的測量電活動的位置的身體表面幾何形狀以及心臟包絡的幾何形狀的幾何數據。處理器用于訪問存儲器并執行指令，以至少基于幾何數據和電數據在心臟包絡上重構電活動。重構的電活動是使用n維基本解方法計算的，其中n是大于三的正整數。在另一個示例中，n維基本解方法(MFS)用于基于幾何數據和電數據計算心臟包絡上的重構的電活動，其中n是大于三的正整數。電數據表示從分布在患者身體表面上的多個位置非侵入性測得的電活動，并且幾何數據表示針對測量電活動的分布在身體表面上的位置的三維體表幾何形狀以及心臟包絡的三維心臟幾何形狀。附圖說明圖1圖示了用于重構表面上的電活動的系統的示例。圖2描繪了重構方法的功能框圖的示例。圖3描繪了轉換幾何數據的示例。圖4描繪了將源節點放置在空間域中的示例。圖5A和5B描繪了示例空間域。圖6描繪了用于治療和/或診斷的系統的示例。圖7是用于重構電活動的示例方法的流程圖。圖8描繪了用于心臟表面的等時線圖的示例。圖9A和9B描繪了由用于心外膜和心內膜表面的重構的電活動生成的等時線圖的示例。圖10和11描繪了與根據現有方法生成的重構的電活動相關聯的相關系數和相對誤差。圖12和13描繪了與根據4D無網格方法生成的重構的電活動相關聯的相關系數和相對誤差。具體實施方式本公開涉及使用n維基本解方法(MFS)在感興趣的表面上重構電活動。n的值可以是大于三的任何正整數，雖然出于一致性的目的將其描述為設置為4(n＝4)，以便在位于存在物理邊界的三維空間之外的空間域中計算MFS。作為示例，物理邊界可以包括心臟包絡的三維空間幾何形狀以及在身體表面上無創地測量電活動的位置。因此，本文公開的系統和方法被配置為利用n維基本解方法來計算心臟包絡上的重構的電活動。通過示例的方式，可以在三維空間域中表示心臟包絡的幾何形狀以及在身體表面上測量電活動(例如，通過電極的布置)的位置。可以在心臟包絡上確定對應的心臟節點，以定義在心臟包絡上應用重構的心臟電活動的位置。幾何數據，包括在一個域中的身體表面幾何形狀和心臟包絡的幾何形狀到n維(例如，4D)域的三維子空間中的對應幾何形狀。即，將三維幾何形狀定義為沿著n維空間的三維子空間(例如，超平面)。作為另一個示例，在對應三維幾何形狀的三維子空間之外的第n維中確定多個源節點(例如，也稱為虛擬源或虛構點)。這些源節點中的一些在n維域的第一個三維子空間中定義了體表源節點(例如，位于虛擬邊界上)，而其它多個源節點在n維域的第二個三維子空間中定義了心臟源節點(例如，位于另一個虛擬邊界上)。導出用于MFS的解析表達式以產生矩陣A。矩陣A將每個源節點的位置與分布在測量電活動的身體表面(例如，位于電極中心的身體表面節點)上的位置相關聯并將每個心臟源節點的位置與重構的心臟電活動適用的心臟包絡上的位置相關。對A矩陣和電數據(例如，無創測得的電活動)執行逆計算(例如，經由正則化或其它適當的數學技術)以計算多個源節點系數。正向計算被用于確定心臟包絡上的電活動。例如，計算系數矩陣B以將源節點系數轉換成心臟包絡上的心臟節點處的電活動。矩陣B將每個心臟節點位置與每個源節點位置相關。一旦確定了矩陣B和源節點系數(由逆計算確定)，就可以執行直接計算來計算心臟包絡上的心臟電活動。因為源節點位于心臟和身體表面節點子空間之外的4D空間中，所以可以更靈活地放置源節點。這進一步使得能夠選擇心臟包絡上的節點以包括心臟上或心臟內的任何結構。舉例來說，可以選擇心臟包絡作為心外膜表面、心內膜表面或心內膜和心外膜表面的組合。附加地或可替代地，在其上重構電活動的心臟包絡可以包括心外膜和/或心內膜以外的結構。例如，包膜可以與心室和心房內的各種心臟結構的解剖學幾何結構對應，諸如乳頭肌、隔膜、His束、束分支、Purkinje纖維、小梁角膜、緩和帶和/或駐留在心臟內的其它結構。在一些示例中，可以選擇結構(例如，響應于用戶輸入)以包括沿著心臟的導電通路存在的組織結構。從數學角度來看，本公開中的系統和方法為拉普拉斯方程提供了柯西問題的解。例如，所公開的方法不是像邊界元方法那樣采用身體表面和心臟表面的表面網格，也不是約束在三維空間域內，而是擴展了MFS來定義超出三維空間的n維空間中的虛擬源節點。基于虛擬源節點之間的已知幾何關系，測量身體表面電位的位置(例如，經由電極)以及一個或多個心臟表面上為其計算了心臟表面電位的節點，n維MFS技術可以輕松地從測得的身體表面電位重構心外膜心臟表面電位。而且，通過將虛擬源節點放置在4D空間中，該方法還可以克服現有MFS方法在在心臟包絡上重構電活動時的局限性，心臟包絡可以包括一個或多個心內膜表面以及心臟內的其它結構(例如，心室和心房內的結構，諸如乳頭肌、隔膜、His束、束分支、Purkinje纖維、小梁角膜、緩和帶和/或駐留在心臟內的提供電傳導的其它結構)。圖1描繪了系統100的示例，該系統被配置為基于在另一個(不同)表面上測得的電活動來重構一個或多個感興趣的表面上的電活動。在一些示例中，感興趣的表面是心臟包絡。如本文所使用的，心臟包絡可以指在患者體內的在其上重構電信號的任何二維或三維表面。作為一個示例，表面與虛擬表面(例如，球或其它三維結構)對應。作為另一個示例，表面與解剖結構的一個或多個表面(諸如心外膜表面、心內膜表面或心外膜和心內膜表面兩者)對應。因此，心臟包絡可以被構造為具有三維幾何形狀的心臟表面模型，該三維表面幾何形狀被配準或可以配準到患者解剖結構的參考系中。心臟表面模型可以包括跨表示心臟包絡的幾何結構分布的心臟節點。在圖1的示例中，系統100被示為包括存儲器102和處理器104的計算裝置。存儲器102被配置為存儲數據和指令。處理器104被配置為訪問存儲器并執行指令以執行本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種系統，包括：/n存儲器，用于存儲數據和可執行指令，數據包括表示從分布在身體表面上的多個位置測得的電活動的電數據，該數據還包括表示分布在身體表面上的測量電活動的位置的身體表面幾何形狀以及心臟包絡的幾何形狀的幾何數據；以及/n至少一個處理器，用于訪問存儲器并執行指令，以至少：/n基于幾何數據和電數據在心臟包絡上重構電活動，重構的電活動是使用n維基本解方法計算的，其中n是大于三的正整數。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20180402 US 15/943,1331.一種系統，包括：
存儲器，用于存儲數據和可執行指令，數據包括表示從分布在身體表面上的多個位置測得的電活動的電數據，該數據還包括表示分布在身體表面上的測量電活動的位置的身體表面幾何形狀以及心臟包絡的幾何形狀的幾何數據；以及
至少一個處理器，用于訪問存儲器并執行指令，以至少：
基于幾何數據和電數據在心臟包絡上重構電活動，重構的電活動是使用n維基本解方法計算的，其中n是大于三的正整數。


2.如權利要求1所述的系統，還包括：
電極的布置，被配置為從分布在身體表面上的所述多個位置測量電活動；以及
顯示器，被配置為顯示基于重構的電活動而生成的圖形可視化。


3.如權利要求1所述的系統，其中處理器執行指令以將三維空間域中表示身體表面幾何形狀和心臟包絡的幾何形狀的幾何數據轉換成n維域的三維子空間中的對應幾何形狀。


4.如權利要求3所述的系統，其中處理器還被配置為：
確定多個心臟節點，這些心臟節點定義在心臟包絡上應用重構的心臟電活動的位置；
在對應的三維幾何形狀的三維子空間之外的第n維中確定多個源節點，一個多個源節點在n維域的第一三維子空間中定義身體表面源節點并且另一個多個源節點在n維域的第二三維子空間中定義心臟源節點；
導出包括矩陣A的基本解方法的分析表達式，矩陣A將每個身體表面源節點和心臟源節點的位置與分布在身體表面上的測量電活動的位置相關，以及
對A矩陣和非侵入性地測得的電活動執行逆計算，以計算多個源節點系數。


5.如權利要求4所述的系統，其中指令還被配置為：
確定將每個心臟節點位置與每個源節點位置相關的系數矩陣B；以及
使用B和所述多個源節點系數執行正向計算，以計算心臟包絡上的心臟電活動。


6.如權利要求4所述的系統，其中處理器還被配置為：
確定每個身體表面源節點在第n維中的位置，使得其位于距身體表面上測量電活動的對應位置預定距離處，以及
確定每個心臟源節點在第n維中的位置，使得其位于距對應的心臟節點位置預定距離處。


7.如權利要求4所述的系統，其中第n維是第四維，以及
其中將心臟源節點以與心臟節點的空間分布對應的空間分布放置在第四維中，并將軀干源節點以與身體表面上測量電活動的電極位置的空間分布對應的空間分布放置在第四維中。


8.如權利要求7所述的系統，其中心臟源節點與身體表面之間的距離近似于軀干源節點與身體表面之間的距離。


9.如權利要求7所述的系統，其中根據每個軀干節點與每個源節點之間的距離的平方來計算矩陣A中每個條目的值。


10.如權利要求4所述的系統，其中響應于用戶輸入而將所述多個心臟節點的位置設置為駐留在心外膜表面和心內膜表面中所選擇的至少一個上。


11.如前述權利要求中的任一項所述的系統，其中處理器還被配置為根據重構的心臟電活動生成心臟電活動的圖形圖。


12.如權利要求11所述的系統，其中心臟包絡包括心外膜表面和心內膜表面之一。


13.如權利要求11所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王勇，曾清國，賈平，樓青，
申請(專利權)人：科迪影技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US