Name: 磁共振衍生的心肌劳损评估使用特征跟踪 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-02-12T16:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 21 s
Description: 学习使用特征追踪技术评估心肌周向应变，通过标准心脏MRI电影序列实现自动化分析。该方法无需额外成像即可准确测量心肌形变，为临床心功能评估提供可靠工具。

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<ol><li>Hor, K. N., Gottliebson, W. M., Carson, C., Wash, E., Cnota, J., Fleck, R., Wansapura, J., Klimeczek, P., Al-Khalidi, H. R., Chung, E. S., Benson, D. W., Mazur, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+Resonance+Feature+Tracking%3A+Comparison+of+Feature+Tracking+Method+for+Strain+Calculation+with+Harmonic+Phase+Imaging+Analysis+%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Cardiovasc+Imaging%22%5BJournal%5D)">Magnetic Resonance Feature Tracking: Comparison of Feature Tracking Method for Strain Calculation with Harmonic Phase Imaging Analysis .</a> JACC Cardiovasc Imaging. 3 (2), 152-154 (2010).</li>
<li>Maret, E., Todt, T., Brudin, L., Nylander, E., Swahn, E., Ohlsson, J. L., Engvall, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+measurement+based+on+feature+tracking+of+cine+magnetic+resonance+images+identify+left+ventricular+segments+with+myocardial+scar%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Functional measurement based on feature tracking of cine magnetic resonance images identify left ventricular segments with myocardial scar.</a> Cardiovascular Ultrasound. 7, 53-53 (2009).</li>
<li>Singh, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSingh%2C+A+%22Optic+Flow+Computation%3A+A+Unified+Perspective%22">Optic Flow Computation: A Unified Perspective</a>. , IEEE Comput. Soc. Press. Piscataway, NJ. (1992).</li>
<li>Barron, J. L., Fleet, D. J., Beauchemin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+optical+flow+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Computer+Vision%22%5BJournal%5D)">Performance of optical flow techniques.</a> International Journal of Computer Vision. 12, 43-77 (1994).</li>
<li>Bohs, L. N., Geiman, B. J., Anderson, M. E., Gebhart, S. C., Trahey, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speckle+tracking+for+multi-dimensional+flow+estimation%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasonics%22%5BJournal%5D)">Speckle tracking for multi-dimensional flow estimation.</a> Ultrasonics. 38, 369-375 (2000).</li>
<li>Malpica, N., Santos, A., Zuluaga, M. A., Ledesma, M. J., Pérez, E., Garcia-Fernandez, M. A., Desco, M., M, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+of+Regions-of-Interest+in+myocardial+contrast+echocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Med.+%26+Biol%22%5BJournal%5D)">Tracking of Regions-of-Interest in myocardial contrast echocardiography.</a> Ultrasound in Med. & Biol. 30, 303-309 (2004).</li>
</ol>

Rolf Baumann 是德国 TomTec Imaging Systems GmbH 公司的员工

我们介绍一种新方法——“特征追踪”（feature tracking），用于测量由SSFP图像获得的心肌组织的形变和位移参数。该方法最近在评估杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy）患者群体的峰值整体圆周应变时，已与HARP技术进行了验证对比（1）。我们发现这两种技术之间具有极好的相关性。特征追踪技术操作相对简便，无需任何额外的成像序列，如标记（tagging）、SENSE或DENSE序列。除了经过临床验证的峰值整体圆周应变（Ecc）评估外，还可获得区域应变数据。特征追踪（FT）似乎是一种可靠的技术，能够估测左心室的纵向和径向应变，以及右心室的纵向应变。
为了准确定义该技术在图像时间分辨率和空间分辨率方面的局限性，还需要开展更多研究。由于基本原理相同，傅里叶变换（FT）可实现与其他模态（如超声心动图）之间的比较。
结论
特征追踪技术有望被整合到临床实践中，因为它无需耗时的分析过程和额外的采集步骤。FT可用于评估左心室和右心室的整体及节段性应变，以及左心室不同步性。目前正在进行更多的临床研究，以评估FT在临床心脏病学中的应用价值。

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The author's name was updated from:
Woodrow Benson
to:
D. Woodrow Benson

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Erratum: Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

<table><tbody><tr><td>Diogenes&amp;#174; 特征追踪软件</td><td>TomTec Imaging Systems, Fulda, Germany</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

基于特征追踪的磁共振衍生心肌应变评估

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking 

目的：准确且实用地测量心肌组织应变等参数在临床上具有重要价值，因为已有研究表明，与常用指标射血分数（EF）相比，应变是检测收缩功能障碍更敏感且更早期的指标。目前用于心脏磁共振（CMR）的技术耗时较长，难以在临床实践中推广应用。特征追踪（feature tracking）是一种可实现医学影像定量分析更高自动化和更强稳健性的技术，与现有方法相比，其分析耗时更短。
方法：通过单相位的自动或手动输入进行初始化，系统由此开始追踪代表解剖结构的各个图像模式随时间的位移。该方法的特点在于，图像无需在前期进行任何处理，例如心脏磁共振（CMR）图像的标记。
结果：该方法非常适合用于追踪肌肉组织，从而实现对心肌以及血流的定量分析。
结论：这种新方法提供了一种稳健且节省时间的流程，可在常规心脏磁共振（CMR）成像序列上对心肌组织和血液进行位移、速度和形变参数的定量分析，因此可应用于临床实践。

测量心肌组织应变等参数的准确且实用的方法具有重要的临床价值，因为已有研究表明，与常用指标射血分数（EF）相比，应变是检测收缩功能障碍更敏感且更早期的指标。

目的：由于已有研究证实，准确且实用的心肌组织应变等参数测量方法具有重要的临床价值，因为……

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。

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科研

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Medicine

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磁共振衍生的心肌劳损评估使用特征跟踪

高频多普勒超声是一种用于评估局部心肌功能的新型技术。本研究首次证明了这种多功能成像平台在缺血-再灌注（IR）小鼠心脏中重复测量心肌应变、dp/dt及二尖瓣反流的可行性。...

高频高分辨率超声心动图：非侵入性重复测量缺血-再灌注小鼠心脏心肌应变、收缩力及二尖瓣反流的首次证据

神经肌肉疾病通常表现出时间上动态变化、空间上异质性以及多方面的病理特征。本方案的目的是利用无创磁共振成像方法对这种病理特征进行表征。...

骨骼肌疾病的定量磁共振成像

本方案详细描述了用于小鼠心脏及心脏瓣膜功能全面表型分析的超声心动图方法。...

小鼠瓣膜性心脏病全面表型特征的超声心动图方法与方案

斑点追踪超声心动图是一种用于定量评估整体及局部心肌功能的新兴诊断成像技术。通过记录标准切面的超声心动图运动图像，随后利用对心肌B型图像中斑点进行自动化的逐帧连续追踪与运动分析，来测量形变参数。...

经胸斑点追踪超声心动图定量评估左心室心肌应变

本研究描述了一种全面的小鼠心脏左心室功能参数定量评估的心血管磁共振成像（CMR）方案。该方案涵盖了CMR图像的采集、后处理与分析，以及多种心脏功能参数的评估。...

通过心血管磁共振成像定量小鼠左心室功能、心肌应变及血流动力学力

本方案介绍了一组关于肌节、钙离子及宏观几何结构的 来自主动收缩的心室小梁的数据...

离体心脏小梁收缩过程中的明场、荧光与光学相干断层成像同步观察 Ex Vivo

心房功能与应变及应变率相关。本研究采用心脏磁共振特征追踪（CMR-FT）技术，定量分析阵发性心房颤动患者左心房和右心房的整体及节段性纵向应变和应变率。...

通过心血管磁共振特征追踪技术评估阵发性心房颤动患者的双侧心房功能

本文描述了一种磁共振成像方法，用于研究多种生理条件下肺部血流分布情况，具体而言是暴露于三种不同吸入氧浓度（低氧、常氧和高氧）下的情况。该技术在磁共振扫描环境中应用了人体肺部生理学研究方法。...

使用校准动脉自旋标记法对肺灌注进行磁共振成像定量

超声心动图常用于无创性地表征和量化心脏结构与功能的变化。本文介绍一种基于超声成像的分析算法，可提供心肌微结构的增强替代测量指标，并可利用开放获取的图像分析软件进行操作。...

心肌微结构的超声评估

本方案描述了利用左前降支动脉（LAD）90分钟闭胸冠状动脉球囊阻塞并随后进行再灌注的方法，建立猪心肌梗死（MI）模型。此外，还介绍了多种结局参数的检测方案，包括心脏功能、血流动力学、微血管阻力和梗死面积。...

猪心肌梗死及功能结局评估

学习使用特征追踪技术评估心肌周向应变，通过标准心脏MRI电影序列实现自动化分析。该方法无需额外成像即可准确测量心肌形变，为临床心功能评估提供可靠工具。

基于特征追踪的磁共振衍生心肌应变评估

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