HARP (алгоритм) - HARP (algorithm)

Гармоникалық фаза (HARP) алгоритмі^[1] - бұл магниттік-резонанстық кескіннің (МРТ) реттілігінен қозғалыс ақпаратын алуға және өңдеуге қабілетті медициналық кескінді талдау әдісі. Оны алғашында Н.Ф.Осман және Дж. Л. ханзада мекен-жайы бойынша кескіндерді талдау және байланыс зертханасында Джон Хопкинс университеті. Әдісте таңбаланған МРТ-нің Фурье аймағында спектрлік шыңдар қолданылады, олардың кері Фурье түрлендірулерінің фазалық кескіндері есептеледі, оларды гармоникалық фаза (HARP) кескіндері деп атайды. Материалдық нүктелердің уақыт бойынша қозғалысы, содан кейін тіркелген материалдық нүктенің HARP мәні уақыт өзгермейтін болады деген болжаммен бақыланады. Әдіс тез әрі дәл және медициналық кескінді өңдеуде ең танымал таңбаланған МРТ талдау әдістерінің бірі ретінде қабылданды.

Фон

Жүректің магниттік-резонанстық бейнелеуінде, тегтеу техникасы^[2][3][4][5] in vivo миокардтың қозғалыс ақпаратын алуға және сақтауға мүмкіндік береді. MR тегтеу уақытша мүмкіндіктер жасау үшін арнайы импульстік реттілікті қолданады - миокардтағы тегтер. Миокардпен бірге тегтер деформацияланады, өйткені жүрек соғып, MR суретке түсіреді. Түрлі бағдарлардан және әр уақытта алынған көптеген кескіндердегі белгілердің қозғалысын талдау миокардтағы материалдық нүктелерді бақылау үшін қолданыла алады.^[6][7] Тегтелген МРТ миокардтың қалыпты және қалыптан тыс қозғалысының модельдерін жасау және нақтылау үшін кеңінен қолданылады^{[8][9][10][11]} коронарлық артерия ауруының миокард қозғалысындағы ауытқулармен корреляциясын және миокард инфарктісінен кейінгі емнің әсерін жақсы түсіну. Алайда, ұзақ бейнелеу және өңдеуден кейінгі уақыттан зардап шекті,^[12] белгіленген МРТ 1999 жылы HARP алгоритмі әзірленіп жарияланғанға дейін күнделікті клиникалық қолдануға баяу кірді.^[13]

Сипаттама

HARP өңдеу

HARP-ті таңбаланған жүрек МРТ кесегін өңдеуді көрсету. (a) Тік SPAMM тегтері бар MR кескіні. (b) оның Фурье түрленуінің шамасын көрсетеді. Дөңгелек ішіндегі спектрлік шыңды шығару арқылы (c) және фаза (d) -мен күрделі кескін жасалады.

Адам жүрегінің қозғалысын көрсететін тегтелген МРТ суретте көрсетілген (а). Тегтеудің әсері негізгі кескіннің амплитудалық модуляциясын тудыратын және оның Фурье түрленуін (b) -де көрсетілген үлгіге көшіретін белгілі бір негізгі жиілікке ие синусоидалы тег үлгісімен көбейту ретінде сипатталуы мүмкін.

HARP өңдеу спектрлік шыңдардың бірін оқшаулау үшін өткізгіш сүзгіні қолданады. Мысалы, (b) -де сызылған шеңбер - бұл деректерді өңдеу үшін пайдаланылатын өткізгіш сүзгінің -3 дБ изоконтурасы. Оңтайлы жұмыс үшін сүзгілерді таңдау осы жұмыста қарастырылған.^[14] Сүзілген кескіннің кері Фурье түрлендіруі күрделі гармоникалық бейнені береді ${ displaystyle I_ {k} ( mathbf {y}, t)}$ кескін координаттарында ${ displaystyle mathbf {y} = [y_ {1}, y_ {2}] ^ {T}}$ және уақыт ${ displaystyle t}$:

${ displaystyle I_ {k} ( mathbf {y}, t) = D_ {k} ( mathbf {y}, t) e ^ {j phi _ {k} ( mathbf {y}, t)} }$

қайда ${ displaystyle D_ {k}}$ гармоникалық шаманың кескіні және деп аталады ${ displaystyle phi _ {k}}$ Гармоникалық фаза кескіні деп аталады, (b) -де сүзгіні пайдаланып а-дан алынған (с) -дағы гармоникалық шамасы жүрек геометриясын көрсетеді. Ал (d) гармоникалық фазалық кескінде миокардтың көлденең бағыттағы қозғалысы бар. Іс жүзінде екі бағыттағы белгілерді белгілеңіз (көлденең және тік, яғни, ${ displaystyle k}$ 1 және 2) кескін жазықтығында 2D қозғалыс картасын ұсыну үшін өңделеді. Гармоникалық фазалық кескіндер қиял бөлігінің кері тангенсін нақты бөлікке бөлу арқылы есептелетініне назар аударыңыз. ${ displaystyle I_ {k} ( mathbf {y}, t)}$, бұл есептеу ауқымы тек мынада ${ displaystyle [- pi, + pi)}$. Басқаша айтқанда, d - тек нақты фазаның оралған мәні. Біз бұл принциптік мәнді белгілейміз ${ displaystyle a_ {k} ( mathbf {y}, t)}$; бұл шынайы фазаға математикалық байланысты:

${ displaystyle a_ {k} ( mathbf {y}, t) = mod ( phi _ {k} ( mathbf {y}, t) + pi, 2 pi) - pi}$

Не ${ displaystyle phi _ {k}}$ немесе ${ displaystyle a_ {k}}$ гармоникалық фаза (HARP) кескіні деп аталуы мүмкін, бірақ тек ${ displaystyle a_ {k}}$ тікелей есептеуге және көрнекі түрде жасауға болады. Бұл HARP қадағалауының негізі.

HARP қадағалау

HARP-тің жүректің МРТ кесіндісін қадағалау нәтижесі.

HARP мәні бар тұрақты материалдық нүкте үшін кейінірек уақыт шеңберінде бірдей HARP мәнін бөлетін нүктелердің бірі ғана сәйкес келеді. Егер көрінетін қозғалыс бір кескіннен екіншісіне кішігірім болса, онда бұл нүктелердің ең жақыны дұрыс нүкте болуы ықтимал. Бұл жағдайда қадағалау нәтижесі өте дәл болады.

Орналасқан материалдық нүктені қарастырайық ${ displaystyle mathbf {y} _ {m}}$ уақытта ${ displaystyle t_ {m}}$. Егер ${ displaystyle mathbf {y} _ {m + 1}}$ - бұл осы уақыттағы айқын позиция ${ displaystyle t_ {m + 1}}$, Бізде бар:

${ displaystyle phi _ {k} ( mathbf {y} _ {m + 1}, t_ {m + 1}) = phi _ {k} ( mathbf {y} _ {m}, t_ {m })}$

The Ньютон-Рафсон Шешімді табу үшін интерактивті әдіс қолданылады, ол:

${ displaystyle y ^ {(n + 1)} = y ^ {(n)} - [ nabla phi _ {k} ( mathbf {y} ^ {(n)}, t_ {m + 1}) ] ^ {- 1} [ phi _ {k} ( mathbf {y} ^ {(n)}, t_ {m + 1}) - phi _ {k} ( mathbf {y} _ {m} , t_ {m})]}$

Іс жүзінде, бастап ${ displaystyle phi _ {k}}$ қол жетімді емес, ${ displaystyle a_ {k}}$ өз орнында қолданылады. Бұл теңдеуді бірнеше туындыдан кейін «орама» қатынасын ескере отырып қайта жазуға болады ${ displaystyle phi _ {k}}$ және ${ displaystyle a_ {k}}$.

Жүректің МРТ бір кадрының HARP қадағалауының нәтижесі суретте көрсетілген. Ол көлденең бағытта және тік бағытта екі қозғалысты есептеу арқылы алынады, нәтижесінде 2D векторлық өріс осы уақыт аралығында миокардтағы әрбір материалдық нүктенің қозғалысын көрсетеді.

Барлық HARP алгоритмі қалыпты компьютерде орындалуға бірнеше минутты алады және қозғалысты қадағалау нәтижесі дәл болады (әдеттегі қателіктер диапазонында) ${ displaystyle pm 1}$ пиксел). Нәтижесінде, қазір медициналық кескінді талдау қауымдастығы кеңейтілген таңбаланған МРТ-ны өңдеудің стандартты әдісі ретінде қабылданды.

Сондай-ақ қараңыз

• Штаммды кодтау (SENC) MRI

Әдебиеттер тізімі

Сыртқы сілтемелер

• HARP кескінді талдау және байланыс зертханасындағы шолу
• Кескінді талдау және байланыс зертханасының басты беті