Solution of inverse problem of electrocardiography using state space models
Elektrokardiıyografide geri problemin durum uzayı modelleri kullanılarak cözümü
- Tez No: 255434
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Kalp bütün vücuda kan pompalayan hayati bir organdır. Kalp kaslarındaki senkron kasılma ve gevşemeler organlara gerekli kan akışının gerçekleşmesini sağlamaktadır. Fakat bazen bu kaslar arasındaki senkronizasyon bozulmakta ve düşen kalp debisi ölüme kadar gidebilen hastalıklara sebep olabilmektedir. Bu hastalıklardan en çok karşılaşılanlar enfarktüs ve aritmidir. Kalp kaslarındaki kasılmalar elektrik sinyalleri ile kontrol edilmektedir, bu sebeple kalbin elektriksel aktivitesi hakkında bilgi edinmek bize hastalıkların cinsi ve ciddiyeti hakkında da çok önemli bilgiler vermektedir. Günümüzde kalp hastalıklarının teçhisinde kullanılan standart klinik yöntem klasik 12 kanallı elektrokardiyografidir (EKG). Bu yöntem birçok hastalığın teşhisinde kullanılsa da vücut yüzeyinden alınan ölçümlerin seyrekliği çıkarımları sınırlamaktadır. Bu tezde başlıca amaç kalpteki elektriksel aktiviteyi vücut yüzeyinden sık bir çekilde alınan ölçümlerden bulmaktır ve bu ters elektrokardiyografi problemi olarak tanımlan- maktadır. Elde edilen yüksek çözünürlüklü epikart potansiyel haritaları ise doktora baçka hiçbir girişimsiz yöntemle elde edilemeyecek bilgiler verir. Fakat epikart potansiyellerini hesaplamak kolay değildir çünkü, ters EKG problemi göğüs kafesinde sinyallerin uğradığı ayrıklaşma ve zayıflama sebebiyle kötü konumlanmıştır. Bu problemin üstesinden gelebilmek amacıyla, epikart potansiyel dağılımları ile ilgili önsel bilgiler kullanılarak çözüme bazı kısıtlamalar getirilir. Bu tezde uzamsal ve zaman-uzamsal Bayes en büyük sonsal kestrim (MAP), Tikhonov düzenlileştirmesi ile Kalman filtre ve yumuşatıcı bu kötü konumlandırılmış problemi çözme amaçlı kullanılmıştır. Kalman filtre yaklaşımının bir uzantısı olarak epikart potansiyellerinin zamana bağlı değişimini modelleyen durum geçiş matrisi (DGM) hem gerçek epikart potansiyellerinden hem de başka yöntemlerle kestirilen epikart potansiyellerinden elde edilmiştir. Bu tezin başka bir hedefi ise geometrik hataların çözümlere etkilerini incelemek ve ters çözüm algoritmalarını bu etkileri minimize edecek şekilde modifiye etmektir. Bu kapsamda geometrik hatalar kalbin boyut ve pozisyonunun matematiksel modelde değiştirilmesi ile elde edilmiştir. Bu hatalar ters problem formülasyonunda eklenir Gaussian gürültü olarak modellenmişlerdir. Daha sonra ise durum ve ölçüm gürültü varyansları ile geometrik hatadan kaynaklanan gürültü varyansı, artıklardan yararlanan algoritma ve beklenti ençoklaması kullanılarak kestirilmeye çalışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Heart is a vital organ that pumps blood to whole body. Synchronous contraction of the heart muscles assures that the required blood flow is supplied to organs. But sometimes the synchrony between those muscles is distorted, which results in reduced cardiac output that might lead to severe diseases, and even death. The most common of heart diseases are myocardial infarction and arrhythmias. The contraction of heart muscles is controlled by the electrical activity of the heart, therefore determination of that electrical activity could give us the information regarding the severeness and type of the disease. In order to diagnose heart diseases, classical 12 lead electrocardiogram (ECG) is the standard clinical tool. Although many cardiac diseases could be diagnosed with the 12 lead ECG, measurements from sparse electrode locations limit the interpretations. The main objective of this thesis is to determine the cardiac electrical activity from dense body surface measurements. This problem is called the inverse problem of electrocardiography. The high resolution maps of epicardial potentials could supply the physician the information that could not be obtained with any other method. But the calculation of those epicardial potentials are not easy; the problem is severely ill-posed due to the discretization and attenuation within the thorax. To overcome this ill-posedness, the solution should be constrained using prior information on the epicardial potential distributions. In this thesis, spatial and spatio-temporal Bayesian maximum a posteriori estimation (MAP), Tikhonov regularization and Kalman filter and Kalman smoother approaches are used to overcome the ill-posedness that is associated with the inverse problem of ECG. As part of the Kalman filter approach, the state transition matrix (STM) that determines the evolution of epicardial potentials over time is also estimated, both from the true epicardial potentials and previous estimates of the epicardial potentials. An activation time based approach was developed to overcome the computational complexity of the STM estimation problem. Another objective of this thesis is to study the effects of geometric errors to the solutions, and modify the inverse solution algorithms to minimize these effects. Geometric errors are simulated by changing the size and the location of the heart in the mathematical torso model. These errors are modeled as additive Gaussian noise in the inverse problem formulation. Residual-based and expectation maximization methods are implemented to estimate the measurement and process noise variances, as well as the geometric noise.
Benzer Tezler
- Solving the inverse problem of electrocardiography for spontaneous pvc localization: Analysis of clinical electrocardiographic data
Elektrokardiyografinin ters problemini spontan ventriküler erken vuru konumlandırılmasında çözmek: Klinik elektrokardiyografik verilerin analizi
NIKA RASOOLZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilimsel Hesaplama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Solution of inverse electrocardiography problem using minimum relative entropy method
Elektrokardiyografi geri probleminin minimum bağıl entropi yöntemi kullanılarak çözümü
ALİ BİRCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Comparison of five regularization methods for the solution of inverse electrocardiography problem
Ters elektrokardiyografi probleminin çözümünde beş değişik düzenlileştirme yönteminin karşılaştırılması
ALPEREN GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Geometric model error reduction in inverse problem of electrocardiography
Elektrokardiyografi için ters problemdeki geometrik model hatalarının azaltılması
FURKAN ALDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Finite element investigation of the effect of conductivity changes in ischemic heart tissue on electrocardiography
Kalbın iskemık bölgelerındekı iletkenlık değışıklığının elektrokardıografı üzerıne etkılerının sonlu elemanlar yöntemıyle araştırılması
HAMED KAGHAZCHI
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KEREM ÜN