参数化重建方法在心脏腔内电阻抗成像中的研究

本项目利用基于心脏导管的腔内电阻抗成像（EIE）系统，与心腔内超声心动图（ICE）等解剖成像方式相结合，采用参数化方法重建心肌壁上瘢痕组织的位置和尺寸，将电成像方法与解剖成像方法进行有机结合，以期达到指导临床的目的。这是电阻抗成像技术与心脏导管技术结合的一个新尝试，是电阻抗成像技术在心脏研究领域的一个新应用，相关研究国内、国际上未见报道。.项目的主要研究内容包括：1、真实心脏解剖结构的数值建模与参数化表达；2、EIE正问题的边界元法研究；3、基于参数化模型的EIE逆问题重建方法研究；4、基于心脏导管的EIE系统测量方案的优化设计。.本项目的研究方法具有一定的科学意义和潜在的应用前景。它可成为临床诊断和监护的有效手段，特别是提供了诊断和处理心律不齐的手段，为基于心脏导管术的介入性治疗提供诊断和治疗的依据，亦可指导心脏导管术在实验室研究中的应用。

随着心血管病发病率的逐年增高，通过施行心脏导管术的介入性治疗成为研究热点。因而，对心脏损伤（心肌上瘢痕组织）的定位变得尤为重要。由于瘢痕组织与正常心肌的阻抗特性有所差别，这使得利用电学检测技术探测瘢痕组织成为可能。本项目设计基于心脏导管的腔内电阻抗成像（EIE）系统，对EIE正逆问题的建模和求解方法进行研究，与心腔内超声心动图（ICE）等解剖成像方式相结合，以期达到定位心肌瘢痕组织的目的。.本项目主要研究内容包括四个方面：.1、真实心脏解剖结构的建模。.对真实心脏超声（ICE）图像序列进行分割、边缘提取，得到血液、心肌（心内膜和心外膜）、导管、电极等的几何信息，建立三维几何模型。.2、EIE正问题数值计算方法的研究。.考虑被测场域内各组织位置及其电属性相对固定的特点，研究基于边界元的高效建模方法，并研究并行计算方法，提高计算效率。.在传统有限元法基础上提出了节点广义化概念，对二维广义节点有限元法进行分析，取得了更精确的计算结果。.3、EIE逆问题重建方法研究。.研究模型的参数化表征方法，融入电导定常分布的先验信息，利用微分进化算法实现了二维模型的参数化重建。研究了信赖域方法，对基本信赖域方法进行改进，实现了信赖域的非单调自适应调节，进行了边界的精确重建，且提高了重构速度。.研究敏感矩阵法，采用Tikhonov正则化和截断奇异值分解法消除逆问题的病态性，并采用FOCUSS方法进行聚焦，提高了图像分辨率。.在节点反投影法的基础上，提出了广义反投影法，提高了成像质量；并研究了以广义反投影法计算初值的混合牛顿迭代法，加快了重建速度。.基于广义节点有限元法计算，提出了节点运算总变差方法，实现了对扰动目标的精确定位。针对三维成像效率较低的问题，提出了节点雅克比反投影重建算法，实现了对半球模型中扰动的快速定位。.4、基于心脏导管的EIE系统测量方案的设计和实验。.建立了64电极阻抗成像系统，设计了盐水槽和半球形模型实验，可实现对扰动的准确定位。.建立了基于心脏导管的EIE系统，进行了水槽模型实验，得到了与仿真计算结果趋势基本相同的测量结果，并进行了动物（狗）实验，获取了真实测量数据。.本项目是阻抗成像技术与心脏导管技术结合的一个新尝试，它可为基于心脏导管术的介入性治疗提供诊断和治疗的依据，亦可指导心脏导管术在实验室研究中的应用。