自制心肌超声造影定量分析软件的设计与评价

目的评价自制心肌超声造影(MCE)图像定量分析软件对心肌灌注研究的可行性。方法根据阻断和再灌注冠状动脉时间不同,家兔被分为两组:阻断15min再灌注30min(Ⅰ组)和阻断120min再灌注60min(Ⅱ组)。分别于基础状态、冠状动脉阻断时和再灌注后行MCE,应用基于淘汰粒子群优化(EPSO)聚类算法的自制计算机图像定量分析软件对造影图像进行自动处理,获得多个心肌灌注定量参数。结果 (1)阻断时,Ⅰ组与Ⅱ组危险心肌的标化CI值均明显减低,与基础状态比较差异有统计学意义(t=5.104和t=4.327,P0.01)。再灌注后,Ⅰ组危险心肌标化CI值比阻断时增高(t=2.933,P0.01),与基础状态时相比仍减低(t=2.653,P0.01),Ⅱ组危险心肌标化CI值与阻断时相比差异无统计学意义(P0.05);(2)Ⅱ组危险心肌红色编码区和TTC中梗死心肌面积分别为(21.4±12.3)%和(18.0±9.5)%,且与TTC结果呈正相关(r=0.89,P0.01);(3)阻断时,危险心肌节段直方图呈偏态分布,再灌注后,Ⅰ组危险心肌基本恢复至正态分布,而Ⅱ组危险心肌仍呈偏态分布。结论基于淘汰粒子群优化聚类算法的心肌超声图像分析软件在定量评价心肌微灌注和识别灌注异常方面具有较好的可行性和较高的应用价值。     

基于中智相似积分算法心肌超声造影系统自动定量分析缺血再灌注大鼠存活心肌

目的 观察基于中智相似积分（NSS）算法的心肌超声造影（MCE）分析系统自动定量评估缺血再灌注大鼠存活心肌的准确性。方法 将12只SD大鼠制成心肌缺血再灌注（I/R）模型，随机分为缺血30 min再灌注组（I/R-30组）及缺血45 min再灌注组（I/R-45组），每组6只。分别于术前、阻断即刻、再灌注后7、14及28天行MCE，获取左心室短轴（乳头肌水平）切面图像，采用MCE-NSS系统自动勾勒心内膜及心外膜边界，并将心肌均分为18个节段，获得各心肌节段室壁增厚率（WT）及标化造影剂灌注强度（CI）值。阻断即刻将室壁收缩运动减弱或消失节段（WT<0.3）定义为危险节段；再灌注后危险节段划分为3个区域：WT<0.3且CI<-54 Pix为危险中央区，WT<0.3且CI>-54Pix为危险周边区，WT>0.3且CI>-54Pix为危险恢复区；观察阻断即刻及术后7、14、28天危险中央区、周边区和恢复区面积变化情况。术后28天取大鼠心脏行Masson染色及免疫组织化学检查，计算梗死面积和微血管密度（MVD），分析其与MCE-NSS系统测得梗死面积的相关性。结果 ①危险节段各区域面积变化：术后7、14和28天，2组危险中央区面积百分比变化与阻断即刻变化无明显差异（P均>0.05），而危险周边区面积逐渐减小（P均<0.01），危险恢复区面积逐渐增加（P均<0.01）；I/R-45组危险中央区面积各时间点均大于I/R-30组（P均<0.01），2组危险周边区和危险恢复区面积差异均无统计学意义（P均>0.05）。②与病理结果比较：危险中央区面积与Masson染色测得梗死面积呈正相关（r=0.81，P<0.01），危险周边区CI值与免疫组织化学测得MVD呈正相关（r=0.86，P<0.01）。结论 新型MCE-NSS系统可评估大鼠心肌I/R后左心室局部收缩功能及微循环情况，并能识别存活心肌。     

超声心动图评价存活心肌的研究进展

存活心肌（VM）是指由于缺血或缺血后再灌注导致收缩功能可逆性减低但仍然存活的心肌。由顿抑心肌（SM）、冬眠心肌（HM）和伤残心肌组成。其共同特点是：①心肌细胞膜完整；②心肌代谢及灌注存在，但均减低；③收缩功能障碍，但具有收缩储备、对正性肌力药有收缩增强反应。因此，对于心肌缺血区域内有VM者再血管化后VM功能恢复，心室功能改善。而无VM者再血管化后心室功能不能恢复。故术前进行VM评价对选择治疗方案及判断预后尤其重要。现将超声心动图用于评价VM的研究进展作一综述。     

实时心肌超声造影评价冠状动脉搭桥术前后心肌灌注

目的应用Sono Vue经静脉实时心肌超声造影分析静息状态下冠状动脉搭桥前后心肌微血管灌注状况,评价冠状动脉搭桥后心肌微血管灌注的改善情况。方法15例拟行冠状动脉搭桥术的患者于术前1～5d及术后15～20d采用均匀缓慢经静脉注射Sono Vue进行实时心肌超声造影检查。造影图像取标准胸骨旁及心尖切面,包括心尖四腔观、两腔观、左心长轴观。用时间强度曲线分析造影图像。结果术前严重狭窄冠状动脉供血心肌的A值、k值和A×k值[分别为(4.50±2.61)dB、0.32±0.15、1.28±0.75]小于未见明显狭窄冠状动脉供血心肌的A值、k值和A×k值[(7.83±2.35)dB、0.45±0.15、3.52±1.50],差异有统计学意义(分别为P=0.001,P=0.02,P<0.001)。术前严重狭窄冠状动脉供血心肌的A值和A×k值在术后增大[分别为(4.50±2.61)dB对(6.06±2.52)dB,1.28±0.75对1.99±0.92;P值分别为P=0.02,P<0.001],同样相应的标化值术后大于术前(分别为0.52±0.22对0.78±0.32,0.37±0.18对0.58±0.20),差异有统计学意义(分别为P=0.018,P<0.001)。结论实时心肌超声造影可以检测严重狭窄冠状动脉供血心肌存在的心肌灌注异常,并且为评价冠状动脉搭桥术后心肌微血管灌注的恢复情况提供有价值的信息。     

三维超声心动图结合心肌超声造影评价2型糖尿病患者心肌功能障碍

目的 探讨实时三维超声心动图结合心肌超声造影对评价2型糖尿病（T2DM）患者心肌功能障碍的价值。方法 选取单纯糖尿病组（Ⅰ组）和糖尿病合并微血管并发症组（Ⅱ组）各29例,对照组（C组）32名,运用实时三维超声心动图获取左心室16节段、12节段及6节段达最小收缩容积时间的标准差（Tmsv16-SD、Tmsv12-SD、Tmsv6-SD）和最大时间差值（Tmsv16-Dif、Tmsv12-Dif和Tmsv6-Dif）及其心率校正值。通过心肌超声造影获得各室壁各节段的峰值强度A、充盈速度β并计算A·β,进行组间数据分析。结果 ①同步性运动评估：Ⅱ组除Tmsv6-Dif以外,其余左心室同步化指标均较C组延长（P均<0.05）;Ⅰ组Tmsv12-Dif、Tmsv12-SD、Tmsv12-Dif%和Tmsv12-SD%较C组延长（P均<0.05）。②心肌血流灌注整体评估：C组、Ⅰ组、Ⅱ组A、β、A·β均呈逐渐下降趋势,Ⅱ组A、β及A·β均低于C组（P均<0.05）;Ⅱ组β及A·β均低于Ⅰ组（P均<0.05）;Ⅰ组β及A·β均低于C组（P均<0.05）;3组内同一指标3个节段差异均无统计学意义（P均>0.05）。结论 单纯T2DM及合并血管并发症患者左心室运动均存在不同步现象;T2DM患者心肌灌注减低,呈弥漫性损害,随其他脏器微循环病变出现而加重。     

实时心肌超声造影评价冠状动脉三支病变患者的心肌灌注

目的用实时心肌超声造影(real-timemyocardialcontrastechocardiography,RT-MCE)定量评价冠状动脉(冠脉)三支病变患者室壁运动和心肌血流灌注之间的关系。方法使用PhilipsSonos7500及S3探头,对32例经冠脉造影证实三支病变的患者经静脉给予SonoVue进行RT-MCE。将左室壁分为17节段,采用QLAB软件进行心肌灌注的定量分析。结果在异常冠脉供血区,有室壁运动异常节段的心肌血流量明显低于无室壁运动异常节段(1.86±1.09和10.82±5.54,P<0.01)。将血供异常但无室壁运动异常的心肌节段按供血冠脉的狭窄程度分为两组:供血冠脉狭窄程度≤70%组共50个节段,供血冠脉狭窄程度>70%组共135个节段。两组间的血管床横截面积(8.26±4.01和9.06±7.69,P>0.05)和心肌血流量值(11.20±10.5和9.07±11.01,P>0.05)差别无统计学意义,但后者的心肌局部血流速度值减低(1.45±0.38和1.05±0.21,P<0.05)。结论在冠脉三支血管病变中,无室壁运动异常区域的心肌血流速度与供血冠脉的狭窄程度有关。RT-MCE定量分析可用于评价冠脉三支病变患者的局部心肌灌注。     

实时心肌超声造影微泡再充盈参数评价心肌梗死患者心肌灌注

目的 应用实时心肌超声造影分析收缩末期与舒张末期再充盈参数,探讨其评价心肌梗死患者心肌微循环灌注的可行性.方法 对21例陈旧性心肌梗死及急性心肌梗死亚急性期的患者及6例正常对照组进行实时心肌超声造影.用时间强度曲线分析左室各节段收缩末期及舒张末期的微气泡再充盈过程.根据灌注的函数公式y(t)=A[1 - e-kt]+B,脱机心电图触发方式选择收缩末期(T波结束)帧和舒张末期(R波顶点)帧分别执行灌注曲线拟合,得到微气泡信号强度增加的高度(A值)、信号强度增加的速率(k值)并计算A×k值,比较收缩末期与舒张末期相应节段心肌血容量、心肌血流速度、心肌血流量的差异.结果 正常对照组中收缩末期的A值、k值及A×k值均小于舒张末期各值,差异有统计学意义[分别为(6.21±2.69)dB对(7.93±3.66)dB,P＜0.05;0.36±0.15对0.42±0.19,P＜0.01;2.88±1.29对3.39±1.61,P＜0.05].与收缩末期相比,舒张末期A值,k值及A×k值具有更大的变异性(变异系数分别为A值46.2％对43.3％,k值45.2％对41.4％,A×k值47.5％对44.8％,P值均＜0.05).病例组中梗死相关冠状动脉供血节段心肌的收缩末期再充盈参数明显小于非梗死冠状动脉供血心肌各参数值,差异有统计学意义[A值、k值及A×k值分别为(3.99±1.02) dB对(4.77±1.24)dB,P＜0.05;0.31±0.13对0.35±0.16,P＜0.05;1.25±0.74对2.39±1.11,P＜0.01].结论 收缩末期与舒张末期再充盈参数可以评价心肌微循环灌注,收缩末期各参数值具有更小的变异性,其中收缩末期k值是一个较好的评价指标.然而,显著的变异性提示这些指标适用于自身前后对照研究.     

血压变化对心肌超声造影评定冠状动脉储备的影响

目的　探讨高血压对心肌超声造影评定冠状动脉 (冠脉 )储备的影响。方法　对 9只非开胸猪进行心肌超声造影。取乳头肌水平短轴观 ,以 0 .5ml/min的速度连续滴注造影剂BR1。每 15个心动周期进行 1次破泡。破泡后的再充盈时间 -强度关系可用公式y =A(1-e-bt) +c表示 ,依此可得到信号增加率b。以静息时的b参数除滴注腺苷后的b参数所得到的商为冠脉储备 ,并与荧光微球技术测得的心肌血流及冠脉储备进行对照。结果　苯肾上腺素使血压从 12 9/ 10 0mmHg(1mmHg =0 .13 3kPa)增加到 196/153mmHg(P <0 .0 0 1) ,心率由 114次 /min增加到 12 4次 /min(P>0 .0 5)。滴注苯肾上腺素前用两种方法测得的冠脉储备值类似 ,分别为 2 .5和 3 .1。苯肾上腺素导致的血压增高增加静息时的b值 ,降低腺苷扩血管后的b值 ,使冠脉储备明显降低 ,为 1.5(P <0 .0 5) ;用荧光微球技术测量所得的冠脉储备也明显降低 ,为 1.8。结论　苯肾上腺素导致的高血压可降低心肌超声造影所评定的冠脉储备值     

经胸超声心动图实时心肌造影成像定量评价动脉粥样硬化兔心肌灌注

目的探讨经胸超声心动罔实时心肌造影成像评价动脉粥样硬化兔模型心肌灌注的应用价值。方法取口本大耳兔20只,随即分为动脉粥样硬化组(AS组)和对照组,每组10只。应用声学造影剂SonoVue,取左事乳头肌水平短轴切面行经胸超声心动图实时心肌造影检查。比较两组前壁、前间隔心肌灌注再充盈曲线的A值、β值、A×β值。结果 AS组前壁和前间隔心肌灌注显著降低,表现为前壁和前间隔β值和A×β值较对照组降低(P0.05),A值在两组问差异无统计学意义(P0.05)。结论经胸超声心动图实时心肌造影成像是无创性定量评价动脉粥样硬化免模型心肌灌沣的有效方法。     

心肌对比超声心动图估测心肌血流量的价值

目的评价心肌对比超声心动图测定心肌血流量的可行性.方法建立急性心肌梗死犬模型,以放射性微球测定的心肌血流量为"金标准”,经外周静脉持续滴注微泡造影剂,通过计算平台声强度(A)和微泡再充填速率(β)测定心肌相对血流量.结果放射性微球法所测的心肌血流量和心肌对比超声心动图测定的A*β值相关良好(r=0.81,P=0.001).结论经静脉持续滴注微泡造影剂行心肌对比超声心动图可估测心肌相对血流量.     

实时心肌声学造影定量与半定量图像分析方法检测存活心肌价值的对比研究

目的评价并比较实时心肌声学造影(RT-MCE)半定量、定量不同图像分析方法检测存活心肌的临床价值。方法对27例经彩色超声检查存在左心室壁节段运动障碍的冠心病患者,进行RT-MCE、冠状动脉造影及介入治疗,所有狭窄病变行完全血运重建。RT-MCE图像按美国超声心动图学会16节段划分法获得各运动异常节段显影。图像分析半定量为目测半定量;定量分析法采用QLab软件得出各节段的β值及A×β值,其中β值反映心肌血流速度,A×β值反应心肌血流量。术后1、3、6个月时复查心脏超声,以冠状动脉血运重建后室壁节段运动功能改善为判断存活心肌的金标准。采用图像分析半定量与定量方法对存活心肌进行对比研究。结果在本研究条件下,目测半定量法检测存活心肌的灵敏度、特异度及准确度分别是70.8%、75.3%、72.5%;定量分析法中各节段A值以3.83、β值以0.39和A×β值以1.41为截断点,诊断存活心肌的灵敏度、特异度及准确度分别是81.3%、76.6%、78.2%和84.8%、78.7%、80.7%及76.6%、86.5%、80.3%,RT-MCEA值定量法检测存活心肌的灵敏度、β值定量法检测存活心肌的灵敏度和A×β值定量法检测存活心肌的特异度比目测半定量法均有明显提高(81.3%和70.8%;84.8%和70.8%;86.5%和75.3%,P均<0.05)。结论实时心肌声学造影半定量分析法及定量分析法检测存活心肌有较高的临床价值,定量分析法价值更大。     

A deep learning approach with temporal consistency for automatic myocardial segmentation of quantitative myocardial contrast echocardiography

Quantitative myocardial contrast echocardiography (MCE) has been proved to be valuable in detecting myocardial ischemia. During quantitative MCE analysis, myocardial segmentation is a critical step in determining accurate region of interests (ROIs). However, traditional myocardial segmentation mainly relies on manual tracing of myocardial contours, which is time-consuming and laborious. To solve this problem, we propose a fully automatic myocardial segmentation framework that can segment myocardial regions in MCE accurately without human intervention. A total of 100 patients’ MCE sequences were divided into a training set and a test set according to a 7: 3 proportion for analysis. We proposed a bi-directional training schema, which incorporated temporal information of forward and backward direction among frames in MCE sequences to ensure temporal consistency by combining convolutional neural network with recurrent neural network. Experiment results demonstrated that compared with a traditional segmentation model (U-net) and the model considering only forward temporal information (U-net?+?forward), our framework achieved the highest segmentation precision in Dice coefficient (U-net vs U-net?+?forward vs our framework: 0.78?±?0.07 vs 0.79?±?0.07 vs 0.81?±?0.07, p?<?0.01), Intersection over Union (0.65?±?0.09 vs 0.66?±?0.09 vs 0.68?±?0.09, p?<?0.01), and lowest Hausdorff Distance (32.68?±?14.6 vs 28.69?±?13.18 vs 27.59?±?12.82 pixel point, p?<?0.01). In the visual grading study, the performance of our framework was the best among these three models (52.47?±?4.29 vs 54.53?±?5.10 vs 57.30?±?4.73, p?<?0.01). A case report on a randomly selected subject for perfusion analysis showed that the perfusion parameters generated by using myocardial segmentation of our proposed framework were similar to that of the expert annotation. The proposed framework could generate more precise myocardial segmentation when compared with traditional methods. The perfusion parameters generated by these myocardial segmentations have a good similarity to that of manual annotation, suggesting that it has the potential to be utilized in routine clinical practice.

     

基于SAPSO优化三维Otsu方法的医学图像分割算法

医学图像具有内容丰富多样、特征丰富、多尺度等特性,因此对医学图像的分割比一般图像的难度更大.针对上述问题,提出了基于改进粒子群优化三维Otsu方法的医学图像分割算法.由于三维Otsu方法计算量大,采用粒了群优化算法来搜索阈值向量,每个粒子代表一个可行的阈值向量,通过粒子群之间的协作来获得最优阈值.由于粒子群优化算法容易陷入局部最优解的的缺点,提出了模拟退火的粒子群优化方法,使其能够快速准确得到整体最佳解,还能保持粒子群算法求解速度快的优点.最后通过仿真实验得出了结论表明,所提出的方法不仅能得到理想的结果,而且计算量人大减少.     

犬缺血再灌注心肌靶向超声造影图像的组织定征量化研究

目的用超声组织定征量化分析白细胞靶向超声造影剂对犬心肌缺血再灌注(ischemia-reperfusion,I-R)损伤声像图。方法将自制超声微泡造影剂"表活显"(self-madesurfactantfluorocarbon-filledmicrobubbles,SFCMB)与磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)结合,制备成白细胞靶向超声微泡造影剂(SFCMB-PS),在实时心脏超声造影条件下,用SFCMB-PS对9只犬心肌I-R模型进行延迟心肌显像。实验结束后,在心肌I-R损伤处取组织块立即进行髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性测定。超声组织定征定量分析缺血再灌注损伤心肌。结果I-R损伤心肌声像图的回声强度[(22.56±4.62)GS]明显增高,与正常心肌[(16.57±3.82)GS]和缺血心肌[(5.00±2.58)GS]比较,差异均有统计学意义(P<0.01),而且其与MPO活性有良好的相关关系(r=0.776,P<0.05)。结论超声组织定征定量分析缺血再灌注心肌靶向超声显像能够较准确、客观地反映再灌注损伤的严重程度。     

心肌声学造影定量急性心肌梗塞后心肌血流量的实验研究

目的　评价心肌声学造影定量心肌梗塞心肌血流灌注的价值。方法　对６条犬急性心肌梗塞模型进行心肌声学造影, 采用自身对照的方法分析缺血区和非缺血区心肌显影时间－强度曲线各参数之比与心肌血流量的关系。结果　梗塞区时间－强度曲线各参数中, 曲线下面积（ＡＵＣ）和峰值强度（ＰＩ）与心肌相对血流量高度相关（ｒ＝ ０．９２和０．８４, Ｐ＜ ０．０１）, 与心肌绝对血流量相关性良好（ｒ＝ ０．７７和０．７１, Ｐ＜ ０．０１）。不同水平心肌血流量间的ＡＵＣ、ＰＩ均存在显著性差异（Ｐ均小于０．０１）, 且随着血流量的减少而呈下降趋势。三项时间指标与心肌绝对血流量无直接关系。结论　心肌造影时间－强度曲线参数中的曲线下面积和峰值强度可准确定量心肌梗塞后局部心肌血流量。     

心肌造影超声心动图对冠心病的研究进展

心肌造影超声心动图(myocardial contrast echocardiography，MCE)也称为心肌超声造影。自1980年DeMaria等[1]首次实现了对犬的心肌超声造影后，随着相关基础理论、超声造影剂以及显像技术的迅速发展，MCE技术得到了长足的进步，特别近年来对无创性经静脉注射造影剂心肌造影的深入研究，使MCE发展到经静脉心肌造影超声心动图(intravenous myocardial contrast echocardiography，IMCE)，成像质量也逐步提高，并且逐渐扩展到治疗领域，进入临床应用的可能性大为增加。本文就其对冠心病的实验及临床应用研究的进展情况综述如下。     

基于数学形态学算法的心肌超声造影定量评价心肌梗死大鼠左心室功能

目的 探讨基于改进数学形态学算法的自制心肌超声造影(MCE)软件定量评价心肌梗死大鼠模型左室收缩功能的准确性及其应用价值.方法 SD大鼠制成心肌梗死模型,分别于术前、术后1周及3周对其进行MCE检查.体外实验:基于二值形态学的原理,采用膨胀、腐蚀、闭合运算以及对对象标记的连通域搜索的方法自动分割心内膜,并与人工分割结果比较.体内实验:应用该软件对心肌梗死大鼠左室面积自动计算,并获得左室收缩功能新指标—左室面积变化率(AVF).AVF与左室射血分数(LVEF)行相关分析.ROC曲线评价AVF对左心功能不全者的诊断效能.结果 ①自动分割获得心内膜轮廓与人工分割的轮廓具有良好的吻合度,交互相关系数(CCC)在0.90以上,误差百分比(PE)在9％以下;②AVF与LVEF呈正相关(r=0.934,P＜0.001);③ROC曲线分析:AVF诊断左室收缩功能不全(LVEF＜50％)的曲线下面积为0.834,以AVF=27.5％为截断值诊断左室收缩功能不全的敏感性85％,特异性60％.结论 基于改进数学形态学算法的MCE可以实现对左室心内膜的自动、快速、准确的识别,而由此衍生的AVF能对实验大鼠左室收缩功能进行定量评估.     

心肌声学造影评价心肌微循环的临床应用进展

心肌微循环改变是诸多心血管疾病发生发展的病理生理学基础,及时有效地探查微循环灌注情况对诊断、治疗及判断心血管疾病预后有重要意义.心肌声学造影是诊断心肌微循环灌注的一种新技术,本文就其评估心肌微循环的临床应用进展做一综述.