[发明专利]一种基于图总变分约束的无创心脏电生理反演方法

权利要求书

1.一种基于图总变分约束的无创心脏电生理反演方法，包括如下步骤：

(1)采集病人的64导联体表电位序列以及胸腔CT扫描图像，具体地：使病人穿戴64导联电极设备进行CT扫描，扫描范围需包含所有导联的位置，得到病人64导联体表电位序列后需对其进行去噪以及拉平预处理；

(2)根据胸腔CT扫描图像分别建立躯干和心脏的三维网格模型，并在同一坐标系下进行配准，具体地：三维展示包含64导联位置的胸腔CT扫描图像，标记64个导联电极在躯干上的位置，截取心脏短轴方向的约20张CT切片图像，范围从右心室流出道高度至心尖，在每张CT切片图像上标记左心室、右心室与心外膜的轮廓，进而通过德洛内三角剖分法构建心脏三维网格模型；

(3)结合心肌各向异性传导信息，得到心肌跨膜电位与体表电位间的映射关系Φ＝HU，Φ为体表电位序列，U为心肌跨膜电位序列，H为两者间的转换矩阵，其根据bidomain假设并结合心肌的各向异性传导信息及特性通过计算得到；

(4)根据上述映射关系，在已知体表电位序列Φ的基础上利用二阶吉洪诺夫正则化求解心肌跨膜电位序列关于电生理反演问题低精度的初始解具体计算表达式如下：

其中：L为拉普拉斯矩阵，λ为正则化系数，^T表示转置；

(5)根据初始解并考虑各心脏节点状态的相似程度，建立图结构G＝(V,E,W)，具体实现方式如下；其中V为图结构G的顶点集即所有心脏节点的集合，E为图结构G的边集合即记录了心脏节点间的相似程度，W为权重矩阵即为每条边赋予不同的权重值；

5.1以各心脏节点作为图中顶点，并利用初始解为各顶点赋予初值即各心脏节点对应的初始跨膜电位序列，从而得到顶点集V；

5.2对于集合V中的任一心脏节点i，根据初始跨膜电位序列计算心脏节点i与其他所有心脏节点之间的欧氏距离；

5.3根据欧氏距离利用K邻近搜索算法确定与心脏节点i最邻近的k个节点，组成集合N_i，k为大于1的自然数；

5.4将连接心脏节点i与最邻近k个节点的k条边保存至边集合E中；

5.5为不同的边赋予不同的权重值，从而得到权重矩阵W，其中：

其中：σ为图结构G中所有边的平均长度，|| ||₂表示2范数；

(6)根据上述图结构G根据下式计算心肌跨膜电位序列U的图总变分

其中：i为集合V中的任一心脏节点，N_i为心脏节点i所有邻接节点的集合，j为集合N_i中的任一心脏节点，w(i,j)为连接心脏节点i和j的边的权重值，u_i和u_j分别为心脏节点i和j上的跨膜电位序列,|| ||₁表示1范数；

(7)根据图总变分建立以下目标函数，并对其进行优化求解得到高精度的心肌跨膜电位分布序列U，具体则采用前后原始对偶法交替求解目标函数中可导的2范数数据保真项和不可导的1范数正则化项，直至收敛得到唯一的最优解；

其中：μ为正则化参数,|| ||_F表示F范数。