[发明专利]自动左心室功能评价

说明书

发明领域

本发明涉及自动左心室(LV)功能评价。

发明背景

超声心动图是一种用于心脏疾病临床诊断的重要的、广泛使用的成像技术。由于其低成本和非侵入的性质，超声波成像是现代诊断成像设备不可分割的部分，允许对包括LV功能的心血管系统定性和定量地性能评价。

由于成人的许多心脏疾病会导致LV功能的异常，所述LV功能评价是几乎每一种超声心动图检查的非常重要的一部分。LV收缩功能参数通常是由专家定性地检查，并经目测评估。整体的定量的LV评估，当执行时，通常从心脏的两个平面，即—四室平面和两室平面进行，通过从每一个平面选择心动周期在舒张末期(ED)和在收缩末期(ES)的两帧，之后进行人工追踪LV边界。LV ED和ES容积及射血分数(EF)由具体算法计算。由于这项技术是依赖于操作者且费时的，其在日常实践中很少使用。

因此，自动LV边界检测已经是在过去十年中很多超声心动图研究的主题。自动LV边界检测将不仅允许对LV收缩功能的快速、准确、和稳固的超声心动图评价，还将提供关于在整个心动周期中LV功能的额外定量信息。

自动LV轮廓检测可被描述为分割问题—从血液中分离肌肉的问题，其经常被认为是超声图像中的艰巨任务。LV的实际轮廓可能与由叠加在图像上并隐藏目标组织的斑点噪声造成的局部的伪边缘混淆，或实际轮廓可能会模糊并部分丢失。

文献中LV边界检测的突出方法是基于简单的假设，即组成图像的不同部分由边界限定。因此，边界像素(边缘)可通过提取和分组图像中不同部分之间的过渡区的点获得，以形成封闭边界。

利用不同的方法，已经提出许多算法用于LV边界检测和追踪。一些方法涉及变形模型族，其中，利用用户输入提供的初始轮廓，将参数化轮廓跨心动周期变形。参见McInerney T.和Terzopoulos D.，“Deformable Models in Medical Image Analysis：A Survey”，Medical Image Analysis 1(1996)91-108，其讨论了由M.Kass、A.Witkin和D.Terzopoulos提出的“snakes”方法的应用，“Snakes：Active Contour Models”，International Journal on Computer Vision，vol.1(4)，pp.321-331，1988。

其他方法是基于预先定义的形状模型拟合已检测出的边界，但是经常要求用户输入至少三个点。参见，例如，Chenal等的美国专利申请公布号2002/0072671中公开了获取超声波图像，定位图像中解剖标志，和拟合痕迹于涉及解剖特征的组织边界。

另外的方法，基于从共生矩阵获取的特征，使用神经网络将图像中的每一个像素归类。参见，例如，M.Sussner、N.Budil和T.Strohmer.“Contour detection using artificial neuronal network presegmentation”，Proc.Computers in Cardiology，pp.737-740，Vienna 1995。

除了整体的LV评价之外，还经常评价节段性室壁运动性能。对不同LV室壁节段的收缩的评价是重要的，因为缺血性心脏病(IHD)患者通常具有节段性的而非整体的室壁收缩异常。识别这种异常具有重要的临床意义。节段性室壁运动的评价通常经目测以定性的方式评价，其对专家的经验具有很强的依赖性。因此，节段性室壁运动的定量评价具有重要意义。

组织多普勒成像(TDI)是定量超声心动图的技术，其采用多普勒原理测量心肌运动速度。参见Carolyn Y.Ho和Scott D.Solomon，“A Clinician’s Guide to Tissue Doppler Imaging”，Circulation 2006；113：e396-e398。多普勒超声心动图依赖于检测从移动物体反射的超声波信号的频率的偏移。传统的多普勒技术评价血流速度。在TDI中，相同的多普勒原理被用于定量心肌组织运动，及测量多普勒应变和应变速率。

如同所有的多普勒技术，TDI测量与超声波束方向平行的运动；进一步地，基于多普勒的方法从固定的束位置获取组织速度信息，其可能是不准确的因为心脏是不断移动的。因此，TDI不是常规地用于局部室壁运动评价；然而，发现其通过测量在二尖瓣环处的整体纵向的左心室(LV)舒张，在评价舒张功能方面是有用的。