CMR 基本知识和常用数据集

Posted 2022-01-02 Paul-Huang

@[TOC](CMR 基本知识和常用数据集(心肌纤维化))

1. 基本操作

1. 注射需要：碘对比剂和钆对比剂

2. CMR的扫描：$短轴的层面、长轴的层面和四腔心的层面$。而不是常规的矢状和冠状层面。

   

1.1 基本扫描平面

心脏的轴线是$连接二尖瓣中点与左室心尖的连线$，$心脏的基本扫描平面即以此线为轴线$，对心脏进行轴、矢、冠状位的扫描。

1.1.1 两腔心平面

在横轴位上，$以二尖瓣中点与左室心尖连线为切面进行扫描$(图中)，得到心脏矢状位图，该层面可看到左心房和左心室两个心腔(图右)，称为$两腔心平面$。简单理解，该切面实际上是沿着心脏轴线，将心脏切为前、后两部分，所$显示的是心脏的前后径$。

1.1.2 四腔心平面

如图，$以两腔心平面为参考平面，再次以二尖瓣中点与左室心尖连线为切线进行扫描$(图中)，得到图右图，即$心脏的冠状位$，可看到左右心室、左右心房四个心腔，称为$四腔心平面$，$显示心脏的左右径$。

1.1.3 短轴位

如图$以四腔心平面为参考平面，从二尖瓣起点至左室心尖连续扫描，得到一系列图像$，称为$短轴位平面$，可很好$观察左室情况$。

以上即为CMR的3个基本扫描平面:$两腔心、四腔心与短轴位$。所有心脏检查均基于这3个基本平面。

2. 心肌节段划分及命名

2.1 三个短轴水平

如图分别以$二尖瓣、乳头肌、左室心尖为标志，取3个短轴平面$，即 $二尖瓣水平、乳头肌水平和心尖水平$ 3个短轴位图像，心肌节段的划分及命名即以这3个水平为标准。

2.2 17段结点法

1. 以右室与左室交界为起点，逆时针旋转360°，二尖瓣水平和乳头肌水平图像分别分为6个等份，心尖水平图像分为4个等份，每一等份代表一个心肌节段。
2. 国际通用的’$17节段分法$'分别为:
   • 二尖瓣基底：
     • 1.基底部前壁;2基底部前间隔壁;3.基底部下间隔壁;4.基底部下壁;5.基底部下侧壁;6.基底部前侧壁;
   • 乳头肌水平：
     • 7.乳头肌水平前壁;8.乳头肌水平前间隔壁;9.乳头肌水平下间隔壁;10.乳头肌水平下壁;11.乳头肌水平下侧壁;12.乳头肌水平侧壁;
   • 心尖：
     • 13.心尖部前壁;14.心尖部间隔壁;15.心尖部下壁;16.心尖部侧壁;
   • 第17节段为左室心尖
     
3. 冠状动脉血流与心肌节段之间具有一定相关性。前壁和前间隔壁为前降支供血区;下壁和下间隔壁为右冠状动脉供血区;侧壁为回旋支供血区。节段的划分使心梗定位更加准确。
   

3. 图像分析

3.1 T1和T2加权

实际上这个2个不同的扫描序列：

• T1加权：反应组织T1特性的一种序列。
• T2加权：反应组织T2弛豫时间的一种序列。

所以根据不同序列上信号的特点来分辨组织里面的一些特性和成分.

3.2 常用的成像序列

常用的序列包括：黑血的序列、亮血的序列、心脏电影成像

• 黑血序列：相当于心腔里面的血液是黑的，可以评价心腔的结构、解剖形态。
• 亮血序列：相当于心腔里面的血液是亮的，
• 心脏电影成像：心梗患者心脏电影成像，看整个心脏的运动和形态、瓣膜的运动、评价和测试心功能等。
• 心肌灌注检查：看心肌有没有缺血
• 延迟强化扫描序列：心肌有没有梗死和纤维化。
• T1 mapping/T2 mapping：心肌的水肿、异常物质的沉积、心肌是否有纤维化。

$\text{cine-MR是检查心肌纤维化的重要手段}$。疾病诊断必须结合多个序列和多个技术做综合评价（比如：超声、CT、核素）。当然还要结合病人的病史和临床表现。

4. 公开数据集解释

• $\text{phase}$：多少个$\text{phase}$表示一个周期内对心脏拍摄多少下，每拍一下表示一个$\text{phase}$。
• $\text{Slice}$：每个$\text{phase}$会对整个心脏进行拍摄，从$\text{二尖瓣到心尖}$这个区域进行多个划分，一个划分表示一个$\text{Slice}$.
• $\text{Slice thickness}$：表示层厚度。
• $\text{Slice spacing}$：表示层间隔。

4.1 MICCAI2009, York, ACDC

1. $\text{MICCAI2009心脏挑战数据}$

   • 在MICCAI2009心脏分割挑战比赛中，提供了$\text{45组Cine-MR心脏数据集}$以及专家标记的专家轮廓，这些数据都是来源于临床实际数据。采用1.5T通用公司的Signa核磁共振成像(MR)设备获得电影序列的稳态自由进动(SSFP)的 MR心脏短轴(SAX)图像。
   • 45个cine-MR图像包括的病人及其病理特性：
     • $\text{健康(N,healthy,n=12)}$
     • $\text{肥大(HPY,hypertrophy,n=12)}$
     • $\text{心力衰竭与梗死(HF-I, heart failure with infarction,n=12) }$
     • $\text{心力衰竭没有梗死(HF-NI, heart failure without infarction, n=12)}$
   • 所有的图像都是在10-15秒的屏气过程中获得的，时间分辨率为$\text{20 phase}$。从$\text{二尖瓣到心尖}$共获得$\text{6-12张}$SAX图像($\text{厚度是8mm}$，$\text{间隙是8 mm}$,$\text{FOV=320 mm x 320 mm}$)，每个图像切片由$\text{256×256个像素}$组成。
   • 在这些SAX MR采集中，按照包括$\text{乳头状肌}$和$\text{心室小梁}$在内的惯例，由经验丰富的心脏病专家在$\text{收缩末期}$和$\text{舒张末期}$的所有切片上绘制$\text{心内膜}$和$\text{心外膜轮廓}$。
   • 所有的轮廓都被另一位心脏病专家证实了准确性。手动分割的轮廓作为评价标准。45组数据集将随机分为三组:$\text{15组用于训练，15组用于测试，15组用于在线竞赛}$。

2. $\text{YORK（33组儿童心脏)}$

   • 加拿大多伦多儿童医院的影像诊断科提供33名儿里受试着，共7980张二维图像，这些图像采用通用公司的核磁共振扫描仪扫拍获得。
   • 大多数受试者表现出多种心脏异常，如心肌病、主动脉返流、心室增大和缺血，少数被试者表现出左心室相关异常，提供了一个现实而具有挑战性的数括。
   • 所有受试者平均年龄在18岁以下。每个患者的图像序列由$\text{20 phase}$组成，沿着受试者的长轴获取的$\text{slice}$数量介于$\text{8-15片}$之间。切片(slice)与切片(slice)之间的间距在$\text{6-13mm}$之间。
   • 每个图像切片由$\text{256× 256}$个像素组成，像素间距为$\text{0.93-1.64mm}$。
   • 每一个切片的$\text{左心室心内膜}$和$\text{心外膜轮廓}$都是可见的，并且被临床专家医生手动分割，以提供标准轮廓。$\text{左心室心内膜轮廓}$是画在乳头状肌和小梁后面，每一个轮廓都是从最靠近后室间沟的左右心室交界处开始绘制的。

   关于文件内容的一些注意事项：

   • manual_seg_32pointsz,t 包含时间帧 t 的分割的 65x2 向量，以及沿长轴的切片编号 z。 向量的前 32x2 值包含形成分割的心内膜标志，元素 34:65x2 包含心外膜分割。 第 33 行等于 [0 0] 以区分心内膜和心外膜轮廓。 如果索引 z,t 处不存在分段，则 manual_segs_32pointsz,t==-99999。
   • sol_yxzt(y,x,z,t) 包含第 y 行 x 列的像素，取自第 t 帧和来自沿长轴切片编号 z。

3. $\text{ACDC心脏数据}$

   • ACDC 数据集是根据在第戎大学医院获得的真实临床检查创建的，获取的数据完全匿名。数据集由 150 个配准对（均来自不同的患者）组成，分为 $5$个均匀分布的亚组（$\text{4 个病理组和 1 个健康受试者组}$），如下所述。此外，每位患者都带有以下附加信息：体重、身高以及舒张期和收缩期瞬间。

   • 数据库：1) 100 名患者的培训数据集以及基于一名临床专家分析的相应参考； 2) 由 50 名新患者组成的测试数据集，没有手动注释，但具有上面给出的患者信息。

   • 该研究的目标人群由 150 名患者组成，分为 5 个亚组，如下所示：

     • $\text{30 名正常受试者}$ - NOR
     • $\text{30例既往心肌梗死患者}$（左心室射血分数低于40%，多个心肌节段收缩异常）- MINF
     • 30 名扩张型心肌病患者 \\colorred\\text30 名扩张型心肌病患者 初识：心血管磁共振(CMR)成像

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