基于特征追踪的磁共振衍生心肌应变评估

应变的概念是指物体变形后相对于其原始形状的归一化程度，在心室功能评估中具有根本性的重要意义。本视频演示了一种利用标准电影序列评估周向应变的新型特征追踪技术。首先，获取标准的心脏 MRI 短轴序列。

随后将心脏 MRI 短轴悉尼序列导入特征追踪软件，并生成用于应变分析的数据包。在舒张末期阶段勾画出初始的心内膜边界后，特征追踪软件将自动追踪代表解剖结构的各个图像特征在整个心动周期中的位移。最后，通过分析该勾画结果来评估周向应变。

可以获取速度、位移和应变的绝对值以及局部值。与现有方法相比，特征追踪技术的主要优势在于，无需额外成像即可进行心肌周向应变分析，操作简便，且与目前可用的标记成像软件具有良好的相关性。一旦掌握，该技术可在数分钟内完成，尽管此处介绍的分析方法仅针对单个短轴切面。

在中等水平上，该方法能够对心室进行全面评估。这需要结合心底部和心尖部的层面，以及长轴切面来测量纵向形变。该操作的第一步是使用配备心脏软件的标准磁共振成像（MRI）设备，采集标准的心脏 MRI 短轴序列。

这是标准方案的一部分，无需额外耗时的标记步骤。标准的短时快速扫描序列已离线保存，图像可导入特征追踪软件用于周向应变分析。接下来，我们来看如何导入和选择数据。

标准的短轴 cine 序列从离线工作站或网络驱动器导入至特征追踪软件的患者数据库中。一旦短轴 cine 序列在患者数据库中可用，即可使用分析包生成器创建用于应变分析的数据包。分析包生成器允许从患者数据库中的短轴序列或图像堆栈中选择特定的短轴层面。

这将被保存并存储在患者数据库中，用于应变分析。在此情况下，选择乳头肌水平处心室中段的短轴切面进行周向应变分析。现在让我们看看如何分析这些数据。

将选定的短轴切面导入特征追踪分析软件，并可根据需要调整图像对比度。首先在舒张末期（心腔尺寸最大时）勾画心内膜边界，以开始分析；如有需要，可对勾画结果进行校正或修改。在开始追踪前，应确保初始勾画位于心腔与组织交界处，随后点击按钮启动全自动追踪程序。

通过在后续帧中搜索位于首个轨迹点邻域内约一个点位置的相同特征，按时间顺序追踪构成第一条轨迹的各个点。被追踪的特征可以是腔体组织边界或沿组织分布的不同解剖结构元素。这些特征通过在两帧之间的两个感兴趣区域中采用最大似然法来确定。

短轴图像的特征追踪分析可提供径向和圆周方向的速度、位移及应变数据。目前仅圆周应变经过验证，且与现有的标记成像分析软件具有高度相关性。短轴圆周应变可根据美国超声心动图学会的16节段或17节段模型进行分节段显示，也可表示为所有节段的平均值，反映整体左心室中段圆周应变。

随后可将周向应变结果导出为文本文件以进行进一步分析。该特征追踪技术在包含广泛心脏功能障碍的大样本杜氏肌营养不良症患者群体中，与标记图像的谐波相位评估具有良好的相关性。接下来，让我们通过一个模型来验证该技术。

为在简单且完全受控的条件下测试图像分析流程，已准备了一系列人工计算机生成的环状结构。构建了一个理想左心室短轴投影的体模。通过改变空间分辨率、帧率以及心外膜运动类型的体模，对追踪方法进行了测试。

此外，在所有情况下，还改变了初始追踪所用的点数，并测试了其影响。对于积分量（如半径和应变），误差非常小；而对于微分量（如速度和应变速率），误差稍大。这是预料之中的，因为微分运算会放大误差。

当空间分辨率降低至非常低时，结果的质量会下降。然而，只要保持每秒约25帧以上的最低帧率，时间分辨率对结果的影响并不显著。帧率的进一步提高并不会改善结果，因为逐帧位移会小于像素尺寸。

因此，当空间分辨率未相应提高时，帧率的增加几乎没有或根本不具有实际意义。接下来，我们将展示一些具有代表性的临床病例和结果：显示了对照组健康年轻人、射血分数正常的年轻DMD患者、射血分数正常的年长DMD患者、射血分数异常的DMD患者以及终末期心力衰竭DMD患者之间的应变差异。请注意对照组与处于不同疾病阶段的DMD患者之间的整体圆周应变差异。

左心室周向应变的特征追踪技术不仅与使用标记图像进行应变评估具有高度相关性，还能够定义与标记图像序列的谐波相位分析相似的应变分层。通过特征追踪法进行周向应变分析，有助于在射血分数下降之前检测获得性及先天性心脏病中的心脏功能障碍，从而回答心力衰竭领域的一些关键问题。这可能有助于早期干预以及治疗效果的评估。

心脏定量分析一直存在的问题是，不同的成像方式采用不同的测量技术，导致结果难以相互比较。此处展示的技术不仅适用于心脏磁共振成像（MRI），还可用于超声等其他成像方式，因此是实现不同成像模态间可比性的重要一步。