【摘 要】
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心肌梗死一般是冠状动脉阻塞导致心脏血液灌注减少,造成心肌功能异常。而正常与异常心肌之间弹性力学特性发生改变。超声弹性成像根据正常与病变组织产生不同形变位移绘制出生物软组织的弹性图,提供组织的生理病理信息,目前已广泛应用在多种软组织成像。但还较少应用于心肌组织弹性评价,主要难点在于(1)心脏是向着图心径向收缩的三维运动;(2)目前组织形变位移估计算法不能完全适用于心脏的收缩运动分析,动态追踪心脏收缩
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.81371560); 广东省省级科技计划项目(No.2016A020216017);
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心肌梗死一般是冠状动脉阻塞导致心脏血液灌注减少,造成心肌功能异常。而正常与异常心肌之间弹性力学特性发生改变。超声弹性成像根据正常与病变组织产生不同形变位移绘制出生物软组织的弹性图,提供组织的生理病理信息,目前已广泛应用在多种软组织成像。但还较少应用于心肌组织弹性评价,主要难点在于(1)心脏是向着图心径向收缩的三维运动;(2)目前组织形变位移估计算法不能完全适用于心脏的收缩运动分析,动态追踪心脏收缩的算法还需进一步的研究。因此,本文主要研究了基于快速互相关与全局最小解析混合的组织位移估计算法以及基于大鼠局部心肌梗死模型的判别研究实验。心脏的收缩舒张运动产生的形变位移比较小,本文通过改进的快速互相关与全局最小解析混合算法(FNCCGLAM)提高组织位移估计的精准性与鲁棒性。首先用快速互相关算法(FNCC)计算出心肌组织整数位移,再用全局最小解析算法(GLAM)二次计算出小数级别位移,最后再将两次计算结果相加得到最终的位移结果。为了验证本文改进的FNCCGLAMN算法的精准性,设计了超声仿真实验。运用COMSOL有限元分析软件及Field Ⅱ声场仿真软件生成RF数据,再分别将FNCC,DPAM,FNCCGLAM三种算法计算的仿体圆形病灶位移值与COMSOL位移场GT 比较,结果证明FNCCGLAM 比 FNCC,DPAM 计算的组织位移值更接近GT值。同时设计了体模实验,小鼠心脏超声实验,比较不同实验数据的弹性结果,证明FNCCGLAM算法较传统方法提高了组织形变追踪的精准性与鲁棒性。为了研究活体组织局部心肌节段收缩功能,本研究采用15只大鼠,随机分为正常、心梗、再灌注3组,5只/组。所有动物均实施开胸手术,正常组只穿线不结扎;心梗组结扎冠状动脉左前降支;再灌注组结扎缺血30min后,再灌注。做完手术的第28天,用Vevo2100小动物超声平台采集大鼠左心室胸骨旁短轴(PSAX)切面的超声射频(RF)信号。由于超声扫描得到PSAX切面的RF信号在笛卡尔坐标系下只能横向轴向运动分析,但实际心脏收缩过程中,心肌是向图心收缩运动。为了心肌径向运动分析,本文将选取心脏收缩中相邻两帧RF信号,先进行极坐标变换,计算组织径向位移图后,再通过反变换把图像转回笛卡尔坐标系下,方便心肌节段的收缩功能分析。实验结果表明,心梗组前壁的径向位移值与正常组、再灌注组相比具有统计学差异(p<0.05)。与FNCC和DPAM相比,FNCCGLAM获得的径向位移图有更高的对比度噪声比(CNR),并在动态追踪梗死部位中取得更高的成功率。最后,本文用心脏超声弹性成像并结合组织病理切片Masson染色分析心肌收缩功能。总体上看,本文改进的FNCCGLAM算法在精准性跟鲁棒性上都优于FNCC和DPAM算法,且能够用于大鼠局部节段心肌收缩功能分析。
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