特徴追跡を用いた磁気共鳴が派生心筋ストレインの評価

ストレイン（ひずみ）の概念とは、物体の変形を元の形状で正規化したものであり、心室機能の評価において極めて重要です。このビデオでは、標準的なシネ画像を用いて円周方向ストレインを評価するための、新しいフィーチャートラッキング技術について解説します。まず、標準的な心臓MRI短軸像シーケンスを取得します。

次に、心臓MRI Short axis Sydneyシーケンスをフィーチャートラッキングソフトウエアにダウンロードし、ストレイン解析用のデータパッケージを作成します。拡張末期相における初期の内膜下境界をトレースすると、フィーチャートラッキングソフトウエアが、心周期全体を通じて解剖学的構造を示す個々のパターンの変位を自動的に追跡します。最後に、トレース結果を解析し、周方向ストレインの評価を行います。

速度、変位、およびひずみの絶対値ならびに局所的な値を導き出すことができます。既存の手法に対するフィーチャートラッキング法の主な利点は、追加の撮像を行うことなく周方向のひずみ解析が可能であり、操作が簡単で、現在利用可能なタグ撮像ソフトウェアと良好な相関を示すことです。習得すれば、この手法は数分で完了できますが、ここでの解析方法は単一の短軸断面図を対象として提示しています。

中間レベルでは、心室の完全な評価を行うことが可能です。これは、基部および心尖部のレベルを使用し、さらに縦方向の変形を測定するために長軸スライスを用いることで達成されます。本手順の最初のステップは、心臓用ソフトウェアを搭載した標準的なMRI装置を用いて、標準的な心臓MRI短軸シークエンスを取得することです。

これは標準的なプロトコルの一部であるため、時間を要する追加のタグ付け手順は必要ありません。標準的なショートアクセスシン系列はオフラインで保存されており、これらの画像は周方向歪み解析のために機能追跡ソフトウェアにインポートできます。それでは、データのインポートと選択方法を確認しましょう。

標準的な短軸方向のシネ画像シーケンスを、オフラインワークステーションまたはネットワークドライブから、フィーチャートラッキングソフトウェアの患者データベースにインポートします。短軸方向のシネ画像シーケンスが患者データベース内で利用可能になると、パッケージコンポーザーを用いてストレイン解析用のデータパッケージを作成します。パッケージコンポーザーを使用することで、患者データベース内の短軸方向シーケンスまたはスタックから、特定の短軸断面を選択することが可能です。

これは、ストレイン解析のため、患者データベースに保存・蓄積されます。ここでは、乳頭筋レベルの心室中部の短軸断面が、周方向ストレイン解析のために選択されます。それでは、データの解析方法について見ていきましょう。

選択した短軸断面像を機能追跡解析ソフトウェアにインポートし、必要に応じて画像コントラストを調整します。心腔が最大となる拡張末期相で心内膜境界をトレースし、解析を開始します。トレースは必要に応じて修正または変更が可能です。追跡を開始する前に、初期トレースが心腔と組織の界面に沿っていることを確認し、ボタンを押して全自動追跡手順を開始します。

最初のトレースを構成する個々の点は、後続のフレームにおいて、その点の近傍約1点分にある同一の特徴を探索することで、時間的に追跡されます。追跡される特徴は、空洞組織の境界または組織に沿って異なる解剖学的要素である可能性があります。これらは、2つのフレーム間の2つの関心領域における最大尤度法によって検出されます。

短軸のフィーチャートラッキング解析により、放射方向および円周方向の両方における速度変位とストレインのデータが得られます。現在、検証済みで、タグ付き画像解析に使用される既存のソフトウェアと高い相関を示すのは円周方向のストレインのみです。短軸の円周方向ストレインは、米国心エコー学会（ASE）の16領域または17領域モデルに基づいたセグメント別に提示するか、あるいは全セグメントの平均として、左室中Bレベルのグローバル円周方向ストレインとして提示することができます。

その後、周方向歪みの結果をテキストファイルにエクスポートして詳細な解析を行うことができます。このフィーチャートラッキング手法は、心機能不全の程度が広範囲にわたる多くのデュシェンヌ型筋ジストロフィー患者集団における、タグ付け画像の調和位相評価と良好に相関します。それでは、ファントムを用いた本手法の検証を確認しましょう。

本目的のため、シンプルで完全に制御された条件下で画像解析手順をテストできるよう、一連の人工的なコンピュータ生成ループが作成されました。理想的な左心室の短軸像のファントムが作成されています。このトラッキング手法は、空間分解能、フレームレート、および心外膜の運動タイプが異なるファントムを用いてテストされました。

また、初期トレースに使用する点数を変更し、すべての場合でその影響を検証した。積分量である半径および歪みの誤差は非常に小さかったが、微分量である速度および歪み速度の誤差はわずかに大きかった。これは、微分演算子が誤差を増幅させるためであり、予想通りの結果であった。

空間解像度が低下すると結果の質が劣化し、非常に低くなります。一方で、秒間約25フレーム以上の最小フレームレートが維持されていれば、時間解像度は結果に大きな影響を与えません。フレームごとの変位がピクセルサイズよりも小さくなるため、フレームレートを上げても結果は向上しません。

したがって、空間分解能の向上を伴わないフレームレートの向上は、ほとんど、あるいは全く有用ではありません。ここでは、いくつかの代表的な臨床例と結果を示します。対照群、若年で正常な駆出率を持つDMD患者、正常な駆出率を持つ高齢のDMD患者、異常な駆出率を持つDMD患者、および末期心不全のDMD患者におけるストレインの差を示します。対照群と、疾患の異なる段階にあるDMD患者との間での、全周性グローバルストレインの差に注目してください。

左室周方向歪みのフィーチャートラッキングは、タグ付け画像を用いた歪み評価と高い相関を示すだけでなく、タグ付け画像シーケンスのハーモニック位相解析と同様のST層を定義することができました。フィーチャートラッキング法による周方向歪み解析は、後天性および先天性疾患の両方において、駆出率が低下する前の心機能不全を検出することで、心不全分野における重要な疑問への回答に寄与する可能性があります。これにより、早期介入や治療効果の評価が可能になると考えられます。

心臓の定量化における長年の課題は、撮像モダリティによって測定手法が異なり、結果の比較が困難であることでした。ここで示した技術は、心臓MRIだけでなく、超音波などの他の撮像ソースにも適用可能であり、したがってモダリティを越えた比較可能性への大きな一歩となります。