四维应变：一种先进的超心动图定量工具VIP专享VIP免费

AndreasHeimdal,M.Sc.,Ph.D.GEHealthcare前言四维应变是一种可以逐帧追踪三维图像内自然声学标记的图像后处理研究技术。意大利帕多瓦大学心、胸、血管科LuigiP.Badano博士介绍“四维应变具有成为评估心肌功能，检测多种心脏疾病早期、亚临床心肌受累，以及定量评价缺血性心肌病局部心肌功能的参考方法的潜力”。现存的测量四维应变的软件技术健全、重复性高、使用方便，其临床价值有待证实。GE医疗公司以技术革新为根本开发研制了许多突破性的超声定量工具，如组织速度成像(TVI)、组织追踪、应变及应变率成像、组织同步性成像(TSI)、二维应变及自动化功能成像(AFI)等。这些目前已经得到肯定的以多普勒或二维斑点追踪为基础的技术提供了局部室壁运动及功能的详细测量方法，并且增加了新的参数成像显示，主要应用范围包括整体及局部心肌功能的研究，负荷超声心动图，舒张功能的分析，心肌病，心脏再同步显像及其他各方面。单独以多普勒原理为基础的技术因具有角度依赖性而无法对某些心肌区域进行准确测量，因而其应用受到限制，如心尖切面观的心尖部以及胸骨旁切面特别是短轴切面的大部分心肌。二维斑点追踪技术克服了这些缺点，它可以追踪二维图像各个方向的组织运动，但存在因声学斑点移出追踪平面导致测量结果不准确的缺陷。四维应变可以追踪组织随时间在三维方向的运动，因此不存在声学斑点移出追踪范围的问题。四维应变可以看作为二维应变的自然扩展，与MRI标记法等其他三维应变测量方法相比具有经济性，实用性，可行性等优势。(图1)感兴趣区测量四维应变首先要在收缩末期图像上确定感兴趣区范围。四维应变作为四维左室自动定量工具的最后一步，也包括了左室容积及重量的测量，测量这两种参数时生成的网格在确定四维应变感兴趣区时仍然适用。四维应变感兴趣区于左室舒张末期系统自动生成，由心内膜及心外膜间的网格组建而成。心内膜的网格采用的是测量舒张末期容积时生成的网格，心外膜的网格由测量左室重量时得出，由舒张末期跟踪至收缩末期。操作者通过移动感兴趣区边界至自己想要的位置而调整其范围，使其更加准确。(图2)图1.正常心脏的四维应变结果，图为纵向应变。四维应变:一种先进的超声心动图定量工具图2.在从四维数据集中获得的两腔心切面和三个短轴切面上显示四维应变感兴趣区，这种显示方法便于操作者观察感兴趣区放置合适与否并且更易评价追踪质量。四维斑点追踪运算法则四维追踪运算法则建立于三维逐帧区块匹配基础之上，需要对三维模型内的相邻两帧图像进行连续追踪匹配。包括了整个心室心肌的感兴趣区范围确定之后即可进行计算。感兴趣区所有区域内自心内膜至心外膜均被追踪，如图3所示。每一对匹配的质量要接受检测，且每项追踪结果要与相邻部位比较以检出异常值。这些异常值会在将结果平均值进行空间加权之前被剔除，之后追踪结果将投射至平均心肌网格上，进而更真实地呈现出整个心肌情况，如图4所示。这样，左室网格模型的形状就会逐帧更新，由此模型便可以得出所有的定量检测值。我们发现相邻两帧时间间隔越长，组织的移动距离越大，每个区块匹配所需追踪的面积就越大。进行三维追踪时，追踪面积的增长三倍于相邻两帧之间的时间，因此，我们会观察到随着帧频的提高，处理时间却减少，这与我们直觉不相符。但是并不建议将帧频调至最大，因为这样会降低图像的线性密度。在连续帧图像里，帧频必须大于自然声学标记可以被分辨的最低帧频。首要的条件是帧频至少需达到心率的40%，例如，心率为60次/分时，帧频必须大于24帧/秒，心率为100次/分时，帧频必须大于40帧/秒。多心动周期采集有利于使帧频达到上述要求。图4.左心室平均心肌网格模型的说明。追踪质量精确计算应变值的关键在于准确的追踪到组织。影响组织追踪准确性的因素包括图像质量，帧频及线性密度。因此采用了可以使操作者肉眼判断追踪结果正确与否的显示方法，操作者可以根据判断人为的通过或者拒绝某些节段的测量结果。四维数据集被分割为三个长轴及三个短轴切面，以便于观察长轴及短轴各平面每个节段的追踪情况。同样可按近距离观察法显示切面，并可获得应变曲线并评估其形状。操作者在操作界面可以...