Contractility analysis of left ventricular myocardium using phase contrast magnetic resonance images

Abstract

ÖZET SOL KARINCIK KAS HAREKETLERİNİN FAZ KONTRAST MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLERİYLE ANALİZİ Kalp kası hareketlerinin incelenmesi kalp hastalıkları açısından önem taşımaktadır. Günümüzde kalp kasının işlevsel görüntülenmesi işlemi için bilgisayarlı tomografi, radyolojik anjiyografi, ekokardiyografi ve manyetik rezonans (MR) gibi yöntemler kullanılmaktadır. Bu alandaki en gelişmiş MR yöntem MR işaretleme tekniğidir, fakat MR donanımındaki gelişmelerle faz kontrast manyetik rezonans görüntüleme (FK-MRG) yöntemi de kullanılmaya başlanmıştır. Faz kontrast tekniğiyle elde edilen faz görüntülerinde her piksel (ya da voksel) karşı geldiği dokudaki noktanın hızıyla orantılı bir büyüklüğe sahiptir. Bunu elde etmek için normal görüntüleme sırasında çift kutuplu gradyanlar kullanılmaktadır. Faz kontrast tekniği daha çok kan (ve benzeri akışkan ortamların) akışım incelemek için kullanılmaktadır, kalp kası için kullanımı sınırlıdır ve rutin amaçlı olarak kullanılmaktadır. Bu tezin amacı, sol karıncığın kasılma özelliklerini faz kontrast manyetik rezonans görüntüleme yöntemiyle analiz etmek ve bu yöntemi kolayca uygulamak uygulamak için bir araç hazırlamaktır. Bu yazılımın ilk görevi sol karıncık kasının faz kontrast görüntülerinden kullanıcıdan en az derecede katılım bekleyerek bölütlenmesinin (segmentasyonunun) sağlanmasıdır. Bu amaç için hızlı adımlama yöntemi kullanılmıştır. Geliştirdiğimiz yazılım, segmentasyon sonrasında hız, gerinim ve gerinim hızı değerlerini otomatik olarak hesaplamak ve parametrik olarak göstermektir. Sağlıklı bir gönüllüden alman kısa eksen faz kontrast görüntülerinden elde edilen gelinimle MR işaretleme tekniğinden elde edilen gerinim karşılaştırılmış, ve FK- MRG'nin, manyetik işaretleme yönteminden daha az hesaplama gerektirerek ve daha az zamanda benzer sonuçlan vermekte olduğu gösterilmiştir. Anahtar Sözcükler: Faz Kontrast Manyetik Rezonans Görüntüleme, gerinim, kasılabilirlik, bölütleme, hızlı adımlama

IV ABSTRACT CONTRACTILITY ANALYSIS OF LEFT VENTRICULAR MYOCARDIUM USING PHASE CONTRAST MAGNETIC RESONANCE IMAGES Examination of myocardial motion is important in the assessment of heart diseases. Current techniques for functional myocardial imaging include radionuclide angiography, echocardiography, computed tomography, and magnetic resonance imaging (MRI). The most advanced technique for detailed myocardial motion analysis is MR tagging, but with the advances of the MR hardware, phase based flow imaging techniques have been recently proposed for this purpose. In phase contrast magnetic resonance imaging (PC- MRI), each pixel (voxel) contains the velocity information, specifically the phase of the pixel (voxel) is directly proportional to the velocity of that tissue. This is achieved by adding critically located and calibrated bipolar gradients during regular imaging. Phase contrast MRI are used for routine clinical applications, but generally for the blood (or similar aqueous media) flow quantification. Application of this technique to the myocardium is currently limited and not used clinically. The overall objective of this thesis is to analyze the contractility of left ventricular myocardium from phase contrast magnetic resonance images and to develop a toolbox which can be used easily by the clinicians. A fast marching method based segmentation technique to locate the left ventricle in the cardiac phase contrast magnetic resonance images with minimal user interaction. After the segmentation, speed, velocity, strain and strain rate are computed automatically and displayed as parametric myocardial images. A comparison of strain analysis between the phase contrast and tagging is performed in short axis images from a healthy volunteer. It was shown that the results in PC-MRI are consistent with the tag analysis and the PC-MRI analysis needs less computation and therefore takes less time than tagging. Keywords: Phase contrast magnetic resonance imaging, strain, contractility, segmentation, fast marching.