組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建方法

張文蘭 趙可輝 李 建

組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建方法

張文蘭①趙可輝②李 建①

目的：探討組織多普勒超聲心臟圖像動態三維重建方法，以提升診斷的準確性。方法：將解剖結構以及功能參數信息從多普勒超聲醫學圖像中進行分離，結合三維場分布對其進行重建，并將重建結果實施融合顯像。結果：該方法科學地展示了功能參數以及解剖結構兩者之間的關系，實現了組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建。結論：通過將組織多普勒成像技術和超聲醫學圖像三維重建技術相結合，科學地實現并完成組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建，在臨床醫學上具有十分重要的意義和價值。

組織多普勒成像；超聲；心臟圖像；動態；三維重建

[First-author’s address] Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, China.

隨著我國科技的不斷發展進步，傳統的超聲心臟圖像三維重建技術已經不能滿足現階段人們對于心臟功能評價的需求。由于心臟的結構以及運動相當復雜，傳統的超聲心臟圖像三維重建技術只能簡單的描述動態三維解剖結構，然而單純的解剖對于診斷信息的提供十分有限，無法滿足臨床診斷的信息需要。近年來，隨著超聲圖像三維重建系統的研發，醫學上開始在三維空間上，利用二維超聲圖像的方法進行心臟的立體形態重建，實現了任意角度觀察心臟，同時可利用后處理的方法，幫助準確地測定心腔容積以及游離心臟壁，提升了診斷的準確性[1]。

1 組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建方法

1.1 重建方法

本研究的目的是分析組織多普勒超聲成像的特點，在傳統B型超聲圖像三維重建的基礎之上，設計組織多普勒超聲心臟圖像動態三維重建的具體流程(如圖1所示)。

圖1 組織多普勒超聲心臟圖像動態三維重建流程圖

根據流程圖建立B型超聲醫學圖像的三維重建系統，包含圖像采集、濾波、插值以及感興趣區域提取等步驟組成，能夠有效的實現超聲圖像中心臟動態三維重建，同時能夠幫助醫生獲取心臟解剖結構圖。然而，重建組織多普勒超聲心臟圖像的三維結構圖，仍需要解決下述關鍵問題。

(1)動態三維重建過程中解剖結構和功能參數的分離。通常情況下，在進行多普勒超聲儀圖像采集的過程中往往包含有兩個通道：①含有考察組織的解剖結構信息，能夠幫助醫生獲取常規B型灰度圖像；②含有多普勒頻移信息，如表征組織運動速度以及加速度等，同時能夠實現對該頻移信息的彩色編碼，最終疊加到B型圖像上[2]。因此，組織多普勒彩色圖像也可以被認作合成圖像，同時ColorBar是多普勒頻移信息的映射表。按照ColorBar映射特點，醫生能夠從中分離出解剖結構灰度信息以及多普勒頻移彩色編碼信息，繼而根據映射關系，實現功能參數的還原[3]。

在進行組織多普勒超聲心臟圖像的重建過程中，由于體數據空間中的每個數據點均需根據映射關系進行彩色編碼對于功能參數值的映射，因此必須保證較高的映射過程、速度以及精度。同時，在進行重建的過程中，一定要有效地結合人工神經網絡以及查找表，幫助其快速實現映射。因ColorBar映射可以幫助訓練人工神經網絡，有助于提升人工神經網絡的精度，并且利用其進行查找表的構造，最終完成映射。

(2)矢量插值。在實驗過程中，旨在實現心肌運動過程中的三維速度以及加速度等矢量場的重建，從本質上區別于B型超聲醫學圖像重建過程，因此在實施的過程中必須依照空間離散數據點插值進行重建，并需考慮大小信息以及方向信息。同時要結合功能參數方向信息的物理意義，依照多普勒成像原理進行分析。如果某點值為正則表示的方向信息是從檢測點指向超聲探頭方向；反之，如果某點值為負則表示的方向信息是從探頭指向檢測點的方向[4]。因此，為了確定功能參數值在空間的方向，不僅需要利用旋轉掃描獲取原始圖像，還需要利用矢量插值獲取矢量體數據。

1.2 融合顯像

圖1顯示，獲取功能參數以及解剖結構的體數據后，需要分別進行體繪制然后才能獲取考察區域功能參數以及解剖結構之間的重建結果。為了實現功能參數以及解剖結構之間的關系研究，實驗需要滿足功能參數以及解剖結構之間的重建結果能同時顯現在同一視場中，因此需要采用融合顯像的方法。

通常情況下，功能參數以及解剖結構之間的重建結果同時顯現在同一視場中有兩種方法：①按照時間的順序，將每個時相的重建結果進行解剖結構以及功能參數的顯現，當顯示幀頻達到一定程度時，由于人體自身視覺暫留的原因，會產生出功能參數以及解剖結構同時顯現在同一視場中的現象；②按照空間的順序，將每個時相重建結果下的功能參數以及解剖結構各自進行編碼，然后合成圖像并按照空間的順序進行動態播放，即可得到兩者的動態融合顯像[5]。總之，兩種方法均與多普勒超聲醫學圖像的成像原理有所相似，均是借助于兩個通道實現解剖結構以及功能參數的成像，然后按照ColorBar的編碼方式進行結果合成。然而，在具體的實驗過程中，為了有效的實現超聲儀多普勒成像過程的一致性，實驗往往采用按照空間順序進行融合顯像的方法。

2 組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建實驗結果分析

本研究對心臟的解剖結構以及心臟組織運動能量、速度等一系列的機械運動參數進行重建，同時傳導了系統電活動以及機械運動這兩者在時間和空間關系之間的表征，補充了現有的超聲成像方法的不足之處。通過分析組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建方法，利用具體的實驗表明了重建結果與心臟生理相符，而且指明了功能參數以及解剖結構之間的相對空間位置關系，有助于心臟疾病的診斷以及心臟功能的評價，有助于醫生分析患者心臟靶點起搏和精確消融的情況，對于心臟電生理在臨床中的應用具有十分重要的意義和價值。

3 結語

在臨床診斷中通常對于患者心臟起搏點的位置以及激動程序等功能信息十分關注，然而，組織多普勒成像技術能夠同時滿足醫生對于二維的解剖結構以及二維的組織運動信息獲取，因此，本研究通過將組織多普勒成像技術和超聲醫學圖像三維重建技術兩者的相結合，科學的實現并完成了組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建，在臨床醫學上具有十分重要的意義和價值，有待繼續深入研究。

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Research on dynamic three-dimensional reconstruction of tissue doppler ultrasound heart images

HANG Wen-lan, ZHAO Ke-hui, LI Jian

China Medical Equipment,2014,11(4):60-62.

Objective: To discuss the dynamic three-dimensional reconstruction of tissue Doppler ultrasound cardiac image. Methods: To separate anatomical structure and function parameter information from Doppler ultrasound medical image, and then combines with the three-dimensional distribution to reconstruct it and fuse imaging. Results: Ultimately, it reveals the relationship between function parameter and anatomical structure. The dynamic threedimensional reconstruction of tissue Doppler ultrasound cardiac image is also expounded in this paper. Conclusion: It scientifically completed the dynamic three-dimensional reconstruction of tissue Doppler ultrasound cardiac image by combining both tissue Doppler imaging and ultrasound medical image reconstruction technique. It is of great significance in clinical medicine.

Tissue doppler imaging; Ultrasound; Cardiac image; Dynamic; Three dimensional reconstructions

1672-8270(2014)04-0060-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.04.020

張文蘭,女,(1980- ),碩士研究生。山東中醫藥大學理工學院，研究方向：醫學影像信息處理。

2014-01-06

①山東中醫藥大學理工學院 山東 濟南 250355

②山東中醫藥大學理工學院第二附屬醫院特檢科 山東 濟南 250001