Upload
harlan-knowles
View
73
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Limited lead selection for estimating sites of pre-excitation Selekcija optimalnih merskih mest pri lokalizaciji prekatnih pred-vzdraženj. Vojko Jazbinšek , Rok Hren, Zvonko Trontelj In š titut za matematiko, fiziko in mehaniko, Univerza v Ljubljan i , Slovenija. Pregled. Ozadje - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Limited lead selection for estimating sites of pre-excitation
Selekcija optimalnih merskih mest pri lokalizaciji prekatnih pred-vzdraženj
Vojko Jazbinšek, Rok Hren, Zvonko Trontelj
Inštitut za matematiko, fiziko in mehaniko, Univerza v Ljubljani, Slovenija
Pregled
• Ozadje – Elektrokardiogram, prekatno predvzdraženje– Večkanalna merjenja (električne potencialne in magnetne mape)– Realistični računalniški model srčnih prekatov– Lokalizacija izvorov
• Algoritem za določitev optimalnih merskih mest• Rezultati
– Simulirani podatkov – vpliv na lokalizacijo – Izmerjeni podatki
• Zaključek
Elektrokardiogram (EKG)Pred-vzdraženje prekatov:WPW - sindrom(Wolff-Parkinson-White)
Dodatna (akcesorna pot) prevodna pot v obroču med preddvoroma in prekatoma (AV-ring) povzroči predčasno vzdraženje prekatov.
Normalni potek električnega prevodnega sistema v srcu: • Začetek v desnem preddvoru (Sinus node).• Preddvora in prekata sta električno izolirana, povezana le preko AV-vozlišča, kar za kratko zakasni prevajanje in omogoči, da se pred tem preddvora popolnoma izpraznita.
3-je bipolarni odvodi na okončinah: 3-je povečani unipolarni odvodi na okončinah (aVR,aVL,aVF):
aVR:
Unipolarni odvod - definicija:
6 unipolarnih(V1-6):
12-kanalni EKG
Povezave (VI, VII):
VIII = VII - VI
aVR = - (VI + VII)/2
aVL = VI - VII/2
aVF = VII - VI /2
VI VII VIII
Anterior Posterior
Večkanalni EKG
• potencialne mape (PM)
• lokalizacija tokovnih izvorov
Magnetokardiogram (MKG)
• SQUID (Superconcting QUantum Interference Device)
Večkanalni MKG (PTB, Berlin)
• magnetne mape (MM), 49 Bz kanalov
• brezkontaktno merjenje
• magnetno zaščitena soba
Računalniški model srčnega prekata• Narejen v
Department of Physiology and Biophysics at Dalhousie University, Canada (Rok Hren)
• Glavne značilnosti:– Anatomsko točna
geometrija z ločljivostjo 0.5 mm (1 800 000 elementov)
– rotirana anizotropija intramuralne strukture
– propagacijski algoritem na osnovi fiziološkega principa vzbujenih tokov (kombinacija celičnega avtomata in bi-domenske teorije)
Simulacija PM and MM• postavitev računalniškega modela srca v
homogeni model torza• simulacija aktivacijskih sekvenc za različna
mesta predvzdraženja• izračun električnih potencialov na površini
torza in magnetnega polja v njegovi okolici z metodo mejnih elementov:– 64 MM (spredaj) in 128 MM (spredaj/zdaj)
– 117 PM po površini torza
Lokalizacija tokovnih izvorov
• Če poznamo tokovni izvor, je potencial določen z integralsko enačbo
• In magnetno polje z
3
1 ( )· 1( ) ( ) ( ) ( )· ,
4 j
i
j jV Sj
j r Rr dV r n r dS
R R
03
( ) 1( ) ( ) ( ) ( ) ,
4 j
i
j jV Sj
j r RB r dV r n r dS
R R
• Numerična rešitev (BEM): ● Lokalizacija (tokovni dipol)
2 ( ) 1A I A 2
2 b b B b C
( ) 1C B I A0
3 3
( ') ( ')( ) , ( )
4 ' 4 '
p r r p r rr B r
r r r r
'
( ') 'i
V
p j r dV
Cilj
• poiskati optimalno izbiro omejenega števila merskih mest in
• določiti vpliv omejenega števila merskih mest na lokalizacijo izvora
Algoritem
• Statistična metoda za izbiro optimalnih merskih mest*:
xn = T xi = Kni Kii-1 xi
xn neizmerjeni el. potenciali ali mag. polje na neizbranih mestih
xi izmerjeni el. potenciali ali mag. polje na izbranih mestih
Kii je kovarinačna matrika izmerjenih potencialov/polja
Kni je križna kovariančna matrika med neizbranimi in izbranimi
• Sekvenčni algoritem*: na vsakem koraku izberemo tisto mersko mesto, ki je v največji korelaciji s preostalimi mesti
• Pri tej metodi minimiziramo povprečno kvadratno (RMS) razliko med ocenjenimi in izmerjenimi podatki
* Lux RL et al. IEEE Trans. Biomed. Eng., 1978, vol. 25: 270-276.
10 mest pred-vzdraženj okoli AV obroča
posterolateral(RPL)
Right sites:
anterolateral (RAL)
anteroparaseptal (RAP)
lateral (RL)
Left sites:
posterolateral(LPL)
lateral (LL)
anterolateral (LAL)
anteroparaseptal (LAP)
• V korakih po 4 ms smo v prvih 40 ms po začetku generirali mape (117-PM, 64-MM in 128-MM).
Protokol
• V bazo za določitev transformacijske matrike smo vključili vse mape, ki smo jih dobili s simulacijo različnih tipov pred-vzdraženj na realističnem modelu srčnih prekatov.
• Izbira merskih mest z 8, 10, 12, …, 32 odvodi, ki optimalno reproducirajo 64 in 128-kanalne MM ter 117-kanalni PM
• Naključno generirana merska mesta z 8, 10, …, 32 odvodi • Lokalizacija enojnih prekatnih pred-vzdraženj z modelom tokovnega
dipola z optimalno in naključno izbranimi odvodi.• Primerjava teh lokalizacijskih rezultatov z rezultati, ki jih dobimo, če
uporabimo kompletne mape z 64- in 128- MM ter 117- PM odvodi.
Rezultati (izbira odvodov)Različni simboli označujejo vrstni red izbire:
■ 1-8
♦ 9-16
▲ 17-24
● 25-32
○ ostali
Rezultati (lokalizacija)Povprečne razlike med lokalizacijskimi rezultati, ki jih dobimo s kompletnim merskim sistemom in rezultati, ki jih dobimo z
* optimalno izbranimi in ♦ naključno izbranimi odvodi
•optimalna izbira je vedno boljša od naključno izbrane.
•Za optimalne izbire nad 20, se povprečna lokalizacijska napaka (nekaj mm) ne spreminja večne spreminja več bistveno.
• PM in MM smo izmerili na 4 zdravih prostovoljcih*
• MM smo posneli na področju z obsegom 37 cm nad prsnim in hrbtnim delom torza z gosto mrežo 119-tih Bz kanalov
• Vzporedno smo posneli PM z 148 odvodi.
*Jazbinsek V, Kosch O, Meindl P, Steinhoff U, Trontelj Z, Trahms L. In: Nenonen J, Ilmoniemi RJ, Katila T, Eds., Biomag 2000, Espoo, Helsinki Univ. of Technology, 2001
Zajemanje podatkov (na PTB, Berlin)
Protokol – merski podatki• Za določitev transformacijske matrike T smo uporabili izmerjene podatke
na treh prostovoljcih in jo potem preizkusili na podatkih izmerjenih na
četrtem prostovoljcu..
• Za ovrednotenje rezultatov smo uporabili različne kriterije, kot so kvadratni
koren povprečne kvadratne (RMS) napake, maksimalna (MAX) napaka,
relativna diferenca (RD) in korelacijski koeficient (KK).
• Na različnih časovnih intervalih, kot so P-val, QRS, S-ST, ST-T in PQRST,
smo izračunali povprečne RMS, MAX, RD in KK vrednosti in njihove
standardne devijacije.
• Na teh intervalih smo izračunali izointegralne mape in amplitudno uteženi
korelacijski koeficient (UKK).
Rezultati - optimalno izbrana mesta
a) MM
b) PM
Rezultati - ovrednotenjePovprečne RMS, RD in CC za vse mape na različnih časovnih intervalih, ko smo uporabili 3 meritve za učenje in preostalo meritev za testiranje.
MM
PM
Rezultati - izračunane mape
Izmerjene mape (levo) in izračunane mape (desno) iz 20-ih mest.
Rezultati - izračunane izointegralne mape
Izmerjene mape (levo) in izračunane mape (desno) iz 12-ih mest.
Diskusija
*Burghoff M, Nenonen J, Trahms L, Katila T. Conversion of magneto-cardiographic recordings between two different multichannel SQUID devices, IEEE Trans. Biomed. Eng., 2000, vol. 47: 869-875
• Rezultati kažejo, da lahko tako pri PM kot pri MM izluščimo relevantne informacije z znatno manjšim številom merskih mest, kot se jih trenutno uporablja
• Za MM, ki smo jih izračunali iz 20-tih mest, smo dobil na celotnem PQRST intervalu amplitudno uteženi KK
0.98±0.01,
kar je znatno bolje kot rezultata (Burghoff et al.*)0.94±0.02 in 0.93±0.03,
kjer so za pretvorbo podatkov med dvema merskima sistemoma za MM uporabili dve metodi, multipolni razvoj in oceno namanjše norme.
Hvala za pozornost
Oblique current dipole model:The infinite medium el. potentials, Φ∞ , and magnetic field, B∞ :
4πσ0Φ∞ = σ1 ∫ vm · r / r3 dV + σ2 ∫ a aT vm · r / r3 dV ,
4πσ0B∞ = σ1 ∫ vm x r / r3 dV + σ2 ∫ a aT vm x r / r3 dV ,
vm calculated transmembrane potential using propagation algorithm σ0 conductivity of the homogeneous monodomain σ1,σ2 conductivities characterizing anisotropic myocardium a local direction of the fiber axis r distance from the source (each activated cell) to a field point
To compute the body surface potentials and magnetic field in the torso model, we used a “fast forward solution” (Purcell and Stroink, IEEE Trans Biomed. Eng.,38: 82-84,1991; Nenonen et al., IEEE Trans Biomed Eng 38:658-664,1991).