一种基于心脏磁共振延迟增强扫描的心肌纤维化自动测量方法

技术领域

本发明涉及心肌纤维化自动测量技术领域，尤其涉及一种基于心脏磁共振延迟增强扫描的心肌纤维化自动测量方法。

背景技术

心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是指各种原因所致的心肌正常组织结构中胶原纤维的过量沉积，MF是多种心血管及相关疾病发展到一定阶段的共同病理生理改变[17]。

心肌组织内纤维化严重影响心肌细胞功能，纤维化瘢痕更是重要的致心律失常发生基质，瘢痕周围易导致折返区而发生快速性心律失常。MF可诱发心肌组织缺血缺氧，甚至心肌组织坏死；增加心室壁硬度，导致心室顺应性减退、同步性下降，同时可降低部分心室壁收缩功能，共同导致心力衰竭]。

MF严重程度与病人的症状、预后密切相关，早期诊断及定量评估对改善病人的预后有重要意义。

心脏磁共振成像(Cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)具有多序列、多参数、多平面成像，高软组织分辨率、可重复性强、无电离辐射及同位素射线辐射等优点。CMRI一次检查即可以获得心脏的解剖、功能、灌注、代谢及冠状动脉分布等综合信息，实现“一站式”心脏检查。CMRI传统的钆造影剂灌注及延迟扫描(LGE)能够很好发现心肌纤维化的存在，且应用价值已被大量研究证实，是公认的无创性评估局限性MF的“金标准”。不过由于传统LGE序列对纤维化病灶的判别主要依赖于组织间对比度的差异，因而当心肌病发生弥漫性纤维化却不易发现。近年来发展的新技术T1 mapping。其分为非对比剂T1 mapping(Native T1)、对比增强T1 mapping(Enhanced T1 mapping)及基于两者的细胞外容积分数技术(extracecular volume，ECV)，因为T1mapping及ECV只与心肌间质状态相关，不依赖于组织间对比度的差异，可准确、定量评价心肌局限性或弥漫性纤维化。结合多种CMRI技术可无创精确量化心肌纤维化，对于患者病情客观评估及预后判断具有重要意义。

但是，目前对LEG序列图像及mapping图像需要后人工处理、人工评价病灶范围，存在费时及主观偏差等问题。为了达到通过以上技术可以准确地评估心肌纤维化的程度和分布、以及区分不同类型的心肌病，亟需提出一种基于心脏磁共振LEG及mapping扫描的心肌纤维化自动测量方法，达到指导临床治疗和管理目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一基于心脏磁共振LEG及mapping扫描的心肌纤维化自动测量方法，这些技术能够有效的实现对心肌纤维化的程度和分布进行准确评估，且同时达到区分不同类型心肌病和帮助及时发现心肌损伤。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于心脏磁共振延迟增强扫描的心肌纤维化自动测量方法，包括如下步骤：

步骤1：进行Native T1 mapping技术扫描，采用MOLLI序列5s(3s)5s的模式扫描。扫描范围包含左心室7层短轴层面，5层四腔心层面，5层左室长轴层面；

步骤2：进行Enhanced T1 mapping技术扫描。静脉注入对比剂后约15min重复采集前述左心室范围及层面，Enhanced T1 mapping采用MOLLI序列4s(1s)3s(1s)2s的模式扫描。

步骤3：行心脏的延迟增强(LGE)，使用BEAT_TureFisp_SR序列。

步骤4：完成所有图像序列扫描后，将平面图像序列导入3D成像软件，并转化为3D模型图像，选择强化最佳的窗宽窗位，延迟增强的最佳窗宽窗位定义为心腔内对比剂信号与胸壁皮下脂肪层信号相仿时，分层后逐层观察图像并施加色谱，根据同层面心室壁与心腔内信号强度反复调节图像窗宽窗位及色彩，判断心肌是否延迟强化及其延迟强化范围。

优选的，扫描准备包括以下步骤：A1：其扫描范围包括左心室基底段至心尖段在内的左心室短轴、长轴和四腔心层面；

A2：经肘静脉注入对比剂，流率为2.5ml/s，剂量为0.2mmol/kg，延迟15min，其间多次扫描,采集左心室短轴、长轴和四腔心层面图像。

优选的，在步骤1中，TR 2.8ms，TE1.18ms，FOV 270mm×320mm，矩阵144×256，层厚8mm。

优选的，在步骤1-3中，测量过程中对生成的T1 mapping序列图像进行即刻判断，图像存在伪影的层面立即重复扫描，图像无明确伪影后再进行下一层面扫描。

优选的，在步骤4中，定量分析T1 mapping图像及常规延迟增强(LGE)图像，手动调整自动勾画后增强前、后的每一层面图像心内膜和心外膜边界。

优选的，扫描时，避开左心室血池及心包脂肪等可能产生部分容积效应的区域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

能完成对左心室心肌纤维化的面积的测定，有利于心肌纤维化程度的自动评估，从而减少人工评价存在费时及主观偏差等问题，达到准确评估心肌纤维化的程度和分布、以及区分不同类型的心肌病，达到指导临床治疗和管理目的。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明的扫描前准备流程框图；

图3为本发明在进行心脏MRI图像的自动处理时的流程框图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例

如附图1所示的一种基于心脏磁共振延迟增强扫描的心肌纤维化自动测量方法，包括如下步骤：

步骤1：进行Native T1 mapping技术扫描，采用MOLLI序列5s(3s)5s的模式扫描。扫描范围包含左心室7层短轴层面，5层四腔心层面，5层左室长轴层面；

步骤2：进行Enhanced T1 mapping技术扫描。静脉注入对比剂后约15min重复采集前述左心室范围及层面，Enhanced T1 mapping采用MOLLI序列4s(1s)3s(1s)2s的模式扫描。

步骤3：行心脏的延迟增强(LGE)，使用BEAT_TureFisp_SR序列。

步骤4：完成所有图像序列扫描后，将平面图像序列导入3D成像软件，并转化为3D模型图像，选择强化最佳的窗宽窗位，延迟增强的最佳窗宽窗位定义为心腔内对比剂信号与胸壁皮下脂肪层信号相仿时，分层后逐层观察图像并施加色谱，根据同层面心室壁与心腔内信号强度反复调节图像窗宽窗位及色彩，判断心肌是否延迟强化及其延迟强化范围。

参照图2所示，扫描准备包括以下步骤：A1：其扫描范围包括左心室基底段至心尖段在内的左心室短轴、长轴和四腔心层面；

A2：经肘静脉注入对比剂，流率为2.5ml/s，剂量为0.2mmol/kg，延迟15min，其间多次扫描,采集左心室短轴、长轴和四腔心层面图像。

在步骤1中，TR 2.8ms，TE1.18ms，FOV 270mm×320mm，矩阵144×256，层厚8mm。在步骤1-3中，测量过程中对生成的T1 mapping序列图像进行即刻判断，图像存在伪影的层面立即重复扫描，图像无明确伪影后再进行下一层面扫描。在步骤4中，定量分析T1 mapping图像及常规延迟增强(LGE)图像，手动调整自动勾画后增强前、后的每一层面图像心内膜和心外膜边界。

本发明的原理：

在进行心脏MRI图像的自动处理时，按照图像性质可分为均匀性层、空间线性层、空间分辨力层、低对比分辨力层，在对每个参数进行计算前，对原始图像进行处理，确定质心及关键点的坐标，避免后续重复处理；

参照附图3，其流程如下：

1、读取图像并二值化，通过阙值处理将灰度图像转换成二值图像，算法使用Otsu方法来计算阈值，确定阈值后，原图像中灰度值小于阈值的在输出图像中值变为0，其余变为1，由此得到二值图像；

2、连通阈标记，扫描二值化后的图像再进行连通域；

3、计算各连通域面积，计算“回”形内框相对图像偏移角度。根据连通域标记计算所有标记区域面积重新排序后找出面积第二大的连通域，即为“回”形内框面积，把其看成标准的正方形求出其粗略边长，从质心往上下各确定a、b两点，距离足够远且距离质心均略小边长的一半，保证两点均在内框内；

4、图像平滑。把旋转所得图像当做后续所有处理的原始图像，再进行二值化处理，基于发现的少量散点，为消除边框的锯齿和图像中的散点获得平滑的边界；

5、连通域标记并求标记区域质心和对应面积。首先计算各连通域面积和质心，根据圆盘面积最大找出最大面积，其对应的质心即为圆盘质心，采用与计算斜率相同的方法，从圆盘质心保持纵坐标不变，向左遍历寻找信号强度值为零的第一个点，则该点位于方形内框的左边界上，向右遍历找到内框右边界，保持质心点的横坐标不变，分别向上、向下寻找，在第一个值为0的点出停止，即为上、下边界点左边，由此四个点坐标可确定一个垂直图像的矩形，此即为内框边界；

6、原始图像再取补，此时4个圆心定位块灰度值为1，对此图像进行标记，再求连通域面积和质心，判断所有连通域中面积近似相等的连通域，其对应位置即为4个圆心定位块，由此可得它们对应的质心坐标；至此完成预处理；再依次完成信噪比检测、纵横比检测、均匀性检测、层厚检测、空间线性、空间分辨力和低对比分辨力达到对MRI图像的感兴趣区域的自动选取并获取有用信息而计算出结果；

通过对MRI图像的信噪比、纵横比、均匀性、层厚、空间线性、空间分辨力、低对比分辨力7个项目的检测结果，并与手动检测结果进行比较分析差异，验证自动化检测的可行性。

当图像质量较好时，采用统计学分析方法，在信噪比、纵横比、均匀性、层厚、空间线性和空间分辨力的检测上，验证了软件检测与手动检测无差异，图像质量较差时，而在低对比分辨力的图像检测上，自动化检测优于手动检测。当图像中心区域存在伪影时，将影响信噪比和均匀性的检测。总体来看，自动化检测基本能完成与手动检测同样的任务，具有可行性；

结合上述，还能够通过建立3D图像模型，自动计算并输出心功能参数指标，记录左心室容积、左心室射血分数、左心室舒张末期容积、左心室收缩末期容积、每搏输出量、心输出量和心肌质量；

采用ROI工具勾画增强前、后每一层面的图像左心室血池轮廓，自动计算并输出该层面增强前、后血池平均T1值，记录左心室基底段、中间段及心尖段层面的左心室整体T1值＝7层T1值之和/7，计算得出左心室ECV；

采用3D成像的方式，还能完成对左心室心肌纤维化的面积的测定，有利于心肌纤维化程度的评估，从而减少病例盲目选择，更有利于患者的治疗和预后。

综上：基于心脏磁共振的延迟增强扫描能够有效的实现对心肌纤维化的程度和分布进行快速评估，且同时达到区分不同类型心肌病和预测患者的预后措施，帮助及时发现心肌损伤，预测疾病发展趋势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。