基于彩色多普勒4D超声成像的心磁源重构方法研究

Source reconstruction of magnetocardiography(MCG) is a method which can determine the time-space parameters of equivalent current sources by solving the inverse problem based on the multi-channel magnetocardiac data. The key problem with this method is the modeling of heart and the realization of source reconstruction method. Using 4D color Doppler ultrasonography, combined with the boundary element method, simulation and other technical means, the applicants intend to establish stimulus-contraction coupling mechanical heart model, solving lead field matrix to improve the accuracy of source reconstruction. Analyzed the optimal time window selection, adaptive time window algorithm is optimized through the time varying current source experiment to enhance the applicability. So adaptive time window beamformer meets design requirements of source reconstruction of MCG. Combined with stimulus-contraction coupling mechanical heart model, it is realized source reconstruction method of MCG based on 4D color Doppler ultrasonography. The purpose of this project is to design a source reconstruction method of MCG with high accuracy and applicability, which provides the theoretical basis for the clinical application of MCG data.

心磁源重构是用心脏磁场的多通道测量数据，通过求解磁场逆问题，确定心脏等效电流源的时空参数，需解决的关键问题是心脏模型建模和源重构方法实现。本课题拟使用彩色多普勒4D超声成像技术，结合边界元法、模拟仿真等技术手段，建立刺激-收缩耦合力学心脏模型，求解导联场矩阵，提高源重构的精度；分析最佳时间窗的选择，通过时变电流源仿真实验，优化自适应时间窗算法，增强算法的适用性，使自适应时间窗波束形成方法满足心磁源重构的设计要求，结合刺激-收缩耦合力学心脏模型，实现基于彩色多普勒4D超声成像的心磁源重构方法。课题的目的是设计实现一种精度高、适用性强的心磁源重构方法，为心磁数据的临床应用提供理论依据。

随着多通道超导量子干涉仪测量技术的进展，心磁图（MCG）及心脏电活动磁成像技术受到了国际上相关研究领域学者的高度重视，随之利用MCG无创诊断心脏疾病的研究报道也不断出现。这种技术为无创地研究心脏电生理活动提供了一种新的途径，对于早期诊断和筛查典型心脏疾病有着重要的意义。本项目正是基于这一主题，深入研究了心磁图研究中的源重构问题，获得了一些有益于心磁数据的临床应用的重要结果。具体研究成果有：使用彩色多普勒4D超声成像技术，建立刺激-收缩耦合力学心脏模型,提高源重构的精度；提出一种解决时间窗过大或者太小造成心脏电流源遗漏问题的自适应时间窗波束形成源重构方法；针对信噪比较低时，电流源重建精度不理想的问题，提出了一种改进的信号子空间投影（ISP）波束形成方法；提出了一种可约束输出噪声功率增益的改进抑制空间滤波器噪声输出功率增益（ISONG）波束形成方法。这些成果的取得提高了心脏电活动源重构的精度和效率，辅助心脏疾病的早期诊断和防治，发掘心磁图在疾病诊断中的潜在价值。从而促进了心磁源重构的研究和应用。