基于高维离散与稀疏性约束的无创心电功能成像研究

Noninvasive electrocardiographic imaging is a new model of imaging which can noninvasively image the activity of epicaridal potentials and the condition of heart. It helps to precisely diagnose heart diseases and therefore is important to clinical routine and physiology. Inverse problem of ECG based on epicardial potentials is one of main noninvasive electrocardiographic imaging. However, ill-posedness in inverse problem of ECG and the discretization error make such imaging technology hard to use in clinical routine. In order to attack above problems, this project will use high-order finite element method in the multi-scale simulation based on measured heart-torso model and body surface potentials data. To the drawback of ill-posedness, we will propose a L1-norm based regularization combined the finite element. Finally, measured epicardial potentials data will be used to verify the correction of our methods. With the success of this project, it will reduce the discretization error and achieve more precise reconstructed potentials. This project will build a new stable noninvasive electrocardiographic imaging and therefore has a great significance to the clinical diagnosis and application.

无创心脏电功能成像是一种新的成像模式,能够无创地对心脏表面的电活动进行成像,清晰展现心脏内部电生理情况,准确诊断心脏疾病，具有重要的临床意义和生理意义。基于心外膜电位分布的心电逆问题研究就是一种主要的心脏电功能成像的方法。但是心电逆问题固有的不适定特性以及对其进行数值求解中产生的几何离散错误，使得这一成像技术难以进入临床应用。针对以上问题，本项目拟以临床三维心脏-躯干模型与心电数据为研究对象，采用高维有限元离散方法进行多尺度数值求解，研究和分析几何模型离散对于结果精度的影响；采用结合有限元的L1范数正则化方法，克服不适定问题对结果的影响；最后采用临床真实心电数据对提出的方法进行定量分析与验证。项目预期将降低几何模型离散错误率，提高心电重建结果的精度和稳定性，建立一套准确稳定的心电功能成像技术。项目的研究成果对于从心脏电生理角度分析诊断心脏疾病具有重要意义，为应用于临床进行有益的实践

心脏类疾病对生命具有极大的危险性。无创心脏电功能成像是一种新的成像模式，能够无创地对心脏表面的电活动进行成像，清晰展现心脏内部电生理情况，准确诊断心脏疾病，具有重要的临床意义和生理意义。基于心外膜电位分布的心电逆问题研究就是一种主要的心脏电功能成像的方法。但是心电逆问题固有的不适定特性以及对其进行数值求解中产生的几何离散错误，使得这一成像技术难以进入临床应用。针对以上问题，本项目以临床三维心脏-躯干模型与心电数据为研究对象，通过与合作医院采集相关的心脏影像数据以及人体心电数据，采用高维有限元离散方法并进行多尺度数值求解，研究和分析了几何模型离散对于结果精度的影响；通过分析心电逆问题的稀疏性质，提出基于有限元的L1范数正则化方法，克服不适定问题对结果的影响；最后采用临床真实心电数据对提出的方法进行了定量分析与验证。项目的研究成果显示，提出的方法有效地降低了几何模型离散错误率，提高心电重建结果的精度和稳定性。通过三年的研究，建立了一套准确稳定的心电功能成像技术。项目的研究成果对于从心脏电生理角度分析诊断心脏疾病具有重要意义，为应用于临床进行了有益的实践。