[发明专利]三维心肌形变应变计算方法

说明书

技术领域

本发明属于加标记的心脏核磁共振成像(tagged MRI)的心肌形变和应变分析技术，特别是一种基于局部插值的3D(三维)心肌应变计算方法。

背景技术

心脏运动是非刚体的复杂3D运动，在周期性的搏动中发生形变(包括位移，剪切，旋转，收缩或者扩张等)。通过计算心肌质点3D的运动，可获得心肌各点的3D应变量。3D心肌应变数据是心脏疾病的临床诊断和心脏运动的研究的重参数。因此，分析3D心脏的应变的时空分布具有重要的研究价值，是目前国内外生物医学领域研究的热点之一。

当前，非介入性(noinvasive)的心脏医学成像主要方法有心脏超声成像和核磁共振成像(MRI)。加标记的心脏核磁共振成像技术(Tagged MRI)是目前心脏影像分析研究中采用最多的成像方式之一，它将磁饱和模式在射频脉冲的作用下加到心肌上形成标记面(tag面)，使心肌内的tag面随着心肌一起运动，通过观测标记面与影像平面交线(tag线)的运动研究心肌内部的复杂运动，如图1所示。

但tagged MRI是在2D成像平面上获取的离散的心肌质点位移场信息。不能直接得到心肌的3D位移。因此必须通过一些特殊方法，利用所获得的稀疏的2D位移信息来重建心肌的3D形变和计算心肌的应变。目前使用的方法有：(1)生物力学方法。将心肌假设为不可压缩的弹性固体物质，满足材料力学中的压力——应力关系，服从Hooke定理；再用有限元方法对心肌运动进行分析和计算。(P.Shi.Image Analysis of3D CardiacMotion Using Physical and Geometrical Models[D]Ph.D.Dissertation，Yale University，1996)(2)随机模型方法。通过构造随机过程或随机场来得到度量模型，再使用估计方法求解模型。(L.Yan，T.S.Denny.Unsupervised Estimation of left Ventricular displacementfrom MR tagged Images using Markov Random field edge Priors[C].IEEE，1998.)(3)可变形模型方法。应用几何方法对心肌形状进行描述，用力学模型来跟踪心脏的运动和形变，用逼近理论来解决模型求解问题。是当前使用较多的一种方法。(4)B样条模型方法。借助于B样条可以表示单方向的tag线位移和tag面的变形，描绘3D立体时空连续统。(A.Amini.R.W.Curwen，John C.Gore.Snakes and splines for tracking no-rigid heartmotion[C].An European Conference on Computer vision，University of Cambridge，UK，April 1996：251-261.)(5)光流方法。光流(optical flow)方法可以从相邻的图像帧中分析物体真实的2D运动情况。可用该方法对加标记线的MRI图像进行了分析。但此方法在MRI图像的处理应用上还有待研究上。

但上述方法都存在着算法复杂、耗时多、计算精度低、(心肌连续性和等容性)前提假设有争议等问题。基于局部拟合的心肌质点位移方法提出了使用前馈神经网络进行拟合心肌位移的方法，但没有解决计算心肌应变的问题(朱近王平安夏德深：基于BPNN方法的心肌形变计算，计算机研究与发展2005 Vol.42 No.12 pp：2143-2149)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由离散2D心肌运动场数据重建心肌质点3D连续运动模型及计算3D心肌形变、应变的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维心肌形变应变计算方法，在完成加标记的心脏核磁共振影像序列分割处理的基础上，首先进行数据后处理，对心肌按时间、空间坐标划分多个局部区间，拟合局部位移场，然后对位移场进行计算，再通过牛顿迭代法求解心肌质点的运动和心肌形变参数，最后使用非线性局部插补技术计算心肌应变参数。