Automatic myocardial strain analysis in cardiac tagged MRI

Abstract

MANYETİK IŞARETLEMELI KALP MR GÖRÜNTÜLENMESİNDE MİYOKARDİYUM BÖLGESİNİN OTOMATİK KASILMA ANALİZİ ÖZET Manyetik İşaretlemeli MRG, normal ve anormal kalp kası dokusunun ayırt edilmesi için kullanılır. Tag yerleşimleri, kalp üzerinde, özel doygunluk darbeleri kullanılarak, görüntüleme işleminden önce yoğunluk modülasyonu olarak tanımlanır. Belirli bir süre sonunda doku görüntülendiğinde; imge üzerindeki yoğunluk bölgelerinin, görüntülenen miyokardiyum dokusunun hareketini yansıttığı gözlemlenebilir. Manyetik işaretleme özellikle kalp görüntülenmesinde oldukça önemli bir yöntemdir, çünkü miyokardiyum dokusu hareketinin izlenebilmesi için çok az özelliğe sahiptir. Manyetik işaretlemeli kalp MR görüntü analizi çeşitli aşamalardan oluşur: Sol karıncık bölgesinin iç ve dış konturlannm bulunarak ayrıştırılması imge analizinin ilk aşamasını oluşturur. İkinci aşama, tag yerleşimlerinin sol karıncık duvarı üzerinde bulunmasıdır. Bulunan tag noktalan, tag çizgileri üzerinde tanımlandıktan sonra, bu bilgiler yardımıyla 3 boyutlu parametrik hareket alam hesaplanır. En son olarak, bu alan ifadesinden, taglarm yerdeğiştirme ve miyokardiyumun kasılma ifadeleri hesaplanır. Miyokardiyumun hareketi, tag noktalarının bulunması ve bir imge dizgesi boyunca hareketinin izlenmesi suretiyle bulunabilir. Bu çalışmadaki amacımız, manyetik işaretlemeli MR görüntülerinde niceliksel hareket analizim tam otomatik hale getirerek günlük klinik kullanıma hazır hale getirmektir. Çalışmamızda, daha önce gerçekleştirilmiş olan, HARP analizi tabanlı, fazın açılma değerleri yardımıyla bulunan, miyokardiyumun otomatik olarak ayrıştırılması geliştirilmiştir. Aynı zamanda tag yerleşimleri bulunarak, B- spline tabanlı hareket alam yerleştirilmesi tekniği uygulanarak, yerdeğişimi vektörleri ve Lagrange dairesel kasılma haritasının çıkarıldığı bir kalp hareketi değerlendirme paketi hazırlanmıştır. Bu tez çalışmasında, manyetik işaretlemeli kalp MR görüntülenmesi için, MATLAB programlama ortamında hazırlanan, bir hareket analiz paketi sunulmaktadır. Anahtar Sözcükler: miyokardiyum, manyetik işaretlemeli kalp MRG, HARP, kalbin kasılma analizi

IV AUTOMATIC MYOCARDIAL STRAIN ANALYSIS IN CARDIAC TAGGED MRI ABSTRACT Tagged MRI has been introduced to distinguish normal and abnormal myocardium. Tag features are introduced into the image by intensity modulation of the object magnetization before the actual imaging using specific saturation pulses. When the volume is imaged after a certain time delay; the change of the intensity pattern in images reflects the motion of the underlying myocardium. Tagging is particularly valuable in cardiac imaging, because the myocardial tissue provides few natural features for motion tracking. The tagged cardiac MR image analysis is composed of several stages: Segmenting the left ventricular (LV) myocardium is the first stage of the image analysis where inner and outer contours of LV cavity are drawn, usually manually. The second step is the estimating the tag locations within the LV wall. Once the relative position of the tags has been characterized by a string of detected tag points lying along tag lines, this information can be used to calculate a 3-D parametric motion field. At the end this field is utilized to calculate displacements or strains at any point in the myocardium. Myocardial motion may be reconstructed by detection and tracking of the tag points in a sequence of images. Our aim is to speed up and fully automate quantitative motion analysis of tagged cardiac MR images for routine clinical use. In our study, one of the previous approaches for automatic myocardial localization was extended, which utilizes a HARP based tag extraction and myocardial segmentation using harmonic phase unwrapping consistency along expected semicircular paths. We also combined myocardial and tag localizations methods with a B-spline based motion field fitting technique and obtained a complete heart motion evaluation package. In this thesis study, a motion analysis package, which is developed in MATLAB programming environment, is presented for left ventricular tagged MRI studies. Keywords: myocardium, tagged cardiac MRI, HARP, myocardial strain analysis