ارزيابي رديابي حركات ديواره قلب با استفاده از تطبيق غيرصلب تصاوير اكوكارديوگرافي

Tracking of Cardiac Wall Motion using Nonrigid Registration of Echocardiographic Images

بيماري عروق تغذيه‌كننده قلب (عروق كرونر) عامل بيش از نيمي از مرگ‌هاي ناشي از بيماري‌هاي قلبي و عروقي و بزرگترين بيماري كشنده درجهان است. بديهي است شناسايي اوليه، روشي عالي براي كنترل بيماري اين عروق است كه با اندازه‌گيري و امتيازبندي حركت عمومي و ناحيه‌اي بطن چپ قلب (عادي،كم‌حركت و بي‌حركت) تشخيص داده مي‌شود. متداول‌ترين روش تصويربرداري از قلب به كمك امواج فراصوت است كه اكوكارديوگرافي ناميده مي‌شود. با استفاده از اين روش مي‌توان نمايي دقيق را از ديواره‌هاي قلبي ، دريچه‌ها و ابتداي سرخرگ‌هاي بزرگ بدست آورد. به دليل دوره آموزشي طولاني براي تفسير اين تصاوير، زمان‌بر بودن و ايجاد خطا در روش‌هاي دستي، نياز به يك روش تحليل خودكار بسيار احساس مي‌شود. به منظور دستيابي به اين هدف، در اين مقاله به محاسبه ميدان جابه‌جايي حركت قلبي در چرخه‌اي از تصاوير دوبعدي اكوكارديوگرافي پرداخته شده است. براي انجام اين كار فريمي به عنوان مرجع انتخاب شد و سپس تمام تصاوير در يك چرخه با استفاده از معادله‌اي رياضي به آن نگاشته شد و با استفاده از آن ميدان جابه‌جايي حركت قلبي در چرخه تخمين زده شد. ايده اصلي پيدا كردن مدل پارامتري مكاني-زماني نيمه محلي براي تغيير شكل ايجاد شده در يك چرخه قلبي با تطبيق غيرصلب با استفاده از توابع بي اسپلاين، به عنوان يك مساله بهينه‌سازي است كه به طور موثر تفاوت ناشي از حركت را با كمينه كردن تفاوت بين فريم جاري و فريم مرجع، تصحيح مي‌كند. دقت تخمين حركت با استفاده از فاكتور مجموع مربعات تفاضل اندازه‌گيري شد. از الگوريتم كاهش دهنده گراديان شيب دار و روش چنددقتي نيز براي بدست آوردن ضرايب در مدل حركتي استفاده شد. دقت روش مطرح شده با استفاده از يك توالي شبيه‌سازي شده چرخه قلبي واقع گرايانه با نرم افزار Field II ارزيابي شد. اين الگوريتم براي تحليل ناحيهاي بطن چپ به صورت باليني به كار برده شد و پارامترهاي جابهجايي و مقدار آستانه براي امتيازدهي هر بخش استخراج شد. اين الگوريتم تفاوت قابل ملاحظهاي را بين بخشي از قلب سالم و قلب دچار بيماري نشان ميدهد كه نشاندهنده كاربردهاي باليني روش ارايه شده است.

Coronary artery diseases cause more than half of all deaths in the world. Obviously, early identification is an important way to control coronary artery disease that is diagnosed by measurement and scoring general and regional movement of left ventricle of heart (Normal, Hypokinetic and Akinetic). The most common method of imaging the heart using ultrasound is called echocardiography. Using this method accurate view of the heart walls, valves and beginning of main arteries can be obtainbed. Due to the difficulty for the interpretation of these images, time consumption and errors in manual analysis methods, an automated analysis method is required. In this paper we calculate the displacement field in a cycle of heart motion from two-dimensional echocardiography images. To do this, a frame is usually chosen as the reference frame and then all images in a cycle are mapped to it with a mathematical equation. The main idea is to find a semi-local spatiotemporal parametric model for deformation created in a cardiac cycle with nonrigid registration using B-spline functions; as an optimization problem that effectively corrects differences due to movements by minimizing the difference between current frame and a reference frame. Motion estimation accuracy is measured using the sum of squares differences. We use gradient-descend algorithm and multiresolution method to acquire the coefficients in the motion model. The accuracy of the proposed method is assessed using a synthesis sequence of cardiac cycles produced with the simulation software Field II. This algorithm can be applied for the clinical analysis of regional left ventricle then movement parameters and threshold values for the scoring of each section can be extracted. The algorithm represents significant difference between a part of the normal heart and unhealthy heart that shows potential of clinical applications of the proposed method.