In electrocardiography, the "classic" inverse problem is the reconstruction of electric potentials at a surface enclosing the heart from remote recordings at the body surface and an accurate description of the anatomy. The latter being affected by noise and obtained with limited resolution due to clinical constraints, a possibly large uncertainty may be perpetuated in the inverse reconstruction. The purpose of this work is to study the effect of shape uncertainty on the forward and the inverse problem of electrocardiography. To this aim, the problem is first recast into a boundary integral formulation and then discretised with a collocation method to achieve high convergence rates and a fast time to solution. The shape uncertainty of the domain is represented by a random deformation field defined on a reference configuration. We propose a periodic-in-time covariance kernel for the random field and approximate the Karhunen-Lo\`eve expansion using low-rank techniques for fast sampling. The space-time uncertainty in the expected potential and its variance is evaluated with an anisotropic sparse quadrature approach and validated by a quasi-Monte Carlo method. We present several numerical experiments on a simplified but physiologically grounded 2-dimensional geometry to illustrate the validity of the approach. The tested parametric dimension ranged from 100 up to 600. For the forward problem the sparse quadrature is very effective. In the inverse problem, the sparse quadrature and the quasi-Monte Carlo method perform as expected, except for the total variation regularisation, where convergence is limited by lack of regularity. We finally investigate an $H^{1/2}$ regularisation, which naturally stems from the boundary integral formulation, and compare it to more classical approaches.


翻译:在电心学中,“古典”逆向问题是重建表面的电潜力,表面表面含有人体表面的遥控记录,对解剖的准确描述,后者受到噪音的影响,由于临床限制,以有限的分辨率获得解剖。在反向重建中,可能长期存在巨大的不确定性。这项工作的目的是研究形状不确定性对前方的影响和电心学的反向问题。为此,首先将问题重新分为边界整体配方,然后与配方法分离,以达到高趋同率和快速解析时间。域的形状不确定性由参照配置中定义的随机变异场表示。我们建议对随机场采用定期变异的内核内核,并使用低级技术进行快速采样,以研究前方的变异性影响。对于预期的时空不确定性及其差异,将用一种偏差稀释的细微二次变异方法加以评估,我们提出一些关于常规变异性变异的典型变异性实验,从简化但生理变异的正常变异性常规化场域范围,我们建议定期变异的自然变异方法最终从直地平地平地平地平的平面分析了前方位分析。

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