RU2217042C2 - Method for estimating elastic properties of hollow organ walls - Google Patents
Method for estimating elastic properties of hollow organ walls Download PDFInfo
- Publication number
- RU2217042C2 RU2217042C2 RU2002104521A RU2002104521A RU2217042C2 RU 2217042 C2 RU2217042 C2 RU 2217042C2 RU 2002104521 A RU2002104521 A RU 2002104521A RU 2002104521 A RU2002104521 A RU 2002104521A RU 2217042 C2 RU2217042 C2 RU 2217042C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hollow organ
- wall
- image
- point
- organ
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике полых мышечных органов, прежде всего камер сердца. The invention relates to medicine, namely to the diagnosis of hollow muscle organs, especially heart chambers.
Известно, что сократимость сердечной стенки человека тесно связана с пассивными характеристиками сердечной мышцы, поэтому для оценки функционального состояния интактного левого желудочка определяют параметры, отражающие диастолическую жесткость миокарда [1]. Для этого предлагается использовать величину изменения толщины стенки во время диастолического наполнения левого желудочка [2, 3], поскольку в эту фазу сердечного цикла левый желудочек можно рассматривать как пассивную структуру, в которой растяжение стенки происходит под действием внутреннего давления со стороны приливающей из предсердия крови [4]. It is known that contractility of the human heart wall is closely related to the passive characteristics of the heart muscle, therefore, to assess the functional state of the intact left ventricle, parameters reflecting the diastolic stiffness of the myocardium are determined [1]. To this end, it is proposed to use the magnitude of the change in wall thickness during diastolic filling of the left ventricle [2, 3], since the left ventricle can be considered as a passive structure in this phase of the cardiac cycle, in which the wall is stretched under the influence of internal pressure from the inflow from the atrium of the blood [ 4].
Состояние других полых органов человека и животных, например состояние желудка, также характеризуется толщиной стенки [5]. The condition of other hollow organs of humans and animals, for example, the condition of the stomach, is also characterized by wall thickness [5].
Известен способ прогнозирования риска возникновения сердечной недостаточности у больных гипертонической болезнью путем эхокардиографического обследования левого желудочка сердца пациента, основанный на эхокардиографическом исследовании в М-режиме (в одной плоскости сечения желудочка) с определением толщины задней стенки левого желудочка и межжелудочковой перегородки в диастолу, конечнодиастолического размера левого желудочка и вычисления индекса риска возможного развития сердечной недостаточности [6]. Такой способ не дает картины упругих свойств стенки полого органа во всех его регионах. A known method for predicting the risk of heart failure in patients with hypertension by echocardiographic examination of the patient’s left ventricle based on an echocardiographic study in the M-mode (in the same plane of the ventricular section) with determination of the thickness of the posterior wall of the left ventricle and interventricular septum into diastole, end diastolic size of the left ventricle and calculating the risk index of the possible development of heart failure [6]. This method does not give a picture of the elastic properties of the walls of a hollow organ in all its regions.
Известен также способ ультразвуковой диагностики угрозы осложнений язвенной болезни желудка, основанный на чрескожном ультразвуковом исследовании желудка с наполнением его жидкостью, нахождении самого тонкого участка стенки желудка в области дна язвы и измерении его толщины в заданной плоскости сечения желудка [5]. Этот способ диагностики, как и предыдущий [6], не дает представления о картине изменения толщины стенки органа по всей его поверхности, соответственно, не позволяет получить информацию о региональных упругих свойствах стенки полого органа. Предпосылки для получения такой информации возникают при лучевой диагностике с трехмерной реконструкцией полого органа, получением его объемного изображения. There is also known a method of ultrasonic diagnosis of the threat of complications of gastric ulcer, based on percutaneous ultrasound of the stomach with filling it with liquid, finding the thinnest section of the stomach wall in the area of the bottom of the ulcer and measuring its thickness in a given section plane of the stomach [5]. This diagnostic method, like the previous one [6], does not provide an idea of the picture of changes in the organ wall thickness over its entire surface, and accordingly, it does not provide information on the regional elastic properties of the hollow organ wall. Prerequisites for obtaining such information arise during radiation diagnostics with three-dimensional reconstruction of a hollow organ, obtaining its volumetric image.
Известен способ трехмерной реконструкции эндокардиальной (внутренней) поверхности левого желудочка, то есть формирования объемного изображения левого желудочка с использованием трансэзофагиальной (чреспищеводной) эхокардиолокации и компьютерного моделирования - получения с помощью вычислительного устройства физического визуального представления (изображения) формы исследуемой сердечной стенки на соответствующем физическом носителе информации, в частности на экране дисплея [7]. Для трехмерной реконструкции полого органа (левого желудочка) здесь используются полученные сечения желудочка в плоскостях, параллельных короткой оси желудочка, повернутых друг относительно друга на заданный угол вокруг оси, размещенной вне желудочка. Полное описание поверхности было выполнено с помощью аппроксимации исходного набора сечений методом треугольников. Такой способ трехмерной реконструкции позволяет оценить форму левого желудочка и определить региональную фракцию изгнания, но не позволяет оценить региональную жесткость миокарда. There is a method of three-dimensional reconstruction of the endocardial (inner) surface of the left ventricle, that is, the formation of a volumetric image of the left ventricle using transesophageal (transesophageal) echocardiolocation and computer simulation — obtaining, using a computing device, a physical visual representation (image) of the shape of the studied heart wall on an appropriate physical information carrier , in particular on the display screen [7]. For three-dimensional reconstruction of a hollow organ (left ventricle), the obtained ventricular sections are used in planes parallel to the short axis of the ventricle, rotated relative to each other by a predetermined angle around an axis located outside the ventricle. A complete description of the surface was performed by approximating the initial set of sections by the method of triangles. This method of three-dimensional reconstruction allows us to evaluate the shape of the left ventricle and determine the regional fraction of the exile, but it does not allow to evaluate the regional stiffness of the myocardium.
Известен также другой способ трехмерной эхокардиографической реконструкции внутренней поверхности полого органа (левого желудочка сердца), основанный на ультразвуковом трансторакальном обследовании, и компьютерной аппроксимации полученного набора форм сечений желудочка кубическими сплайнами [8]. Данный способ реконструкции позволяет провести количественную оценку объема и региональной фракции изгнания левого желудочка, но не предоставляет возможности оценки региональной жесткости миокарда (состояния стенки полого органа). There is also known another method of three-dimensional echocardiographic reconstruction of the inner surface of a hollow organ (left ventricle of the heart), based on ultrasound transthoracic examination, and computer approximation of the obtained set of forms of ventricular sections with cubic splines [8]. This reconstruction method allows a quantitative assessment of the volume and regional fraction of the expulsion of the left ventricle, but does not provide an opportunity to assess the regional stiffness of the myocardium (condition of the wall of the hollow organ).
Наиболее близким к предложенному является способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа, а именно левого желудочка [9], основанный на лучевом обследовании методом магнитного резонанса с получением развернутого во времени и пространстве набора сечений этого полого органа за время функционирования желудочка и последующей компьютерной аппроксимации полученного набора форм сечений желудочка с получением объемных изображений эндокардиальной и эпикардиальной поверхностей стенки желудочка в конечно-систолическом и конечно-диастолическом состояниях желудочка. Способ включает определение изменения толщины стенки желудочка за определенный период (промежуток) функционирования желудочка (а именно, за фазу систолы желудочка, то есть за фазу опорожнения этого полого органа) в каждой из точек поверхности стенки желудочка, заданных на изображении полученных поверхностей стенки желудочка. Для этого на полученном изображении эндокардиальной (внутренней) и эпикардиальной (внешней) поверхностях желудочка отображают совокупность точек, расположенных в винтовой системе координат, то есть, на спиральной линии, с началом витков спирали на вершине желудочка и с одинаковым числом точек на каждом витке, равномерно распределенных по каждому витку. Толщину и изменение толщины (утолщение) стенки желудочка за фазу систолы вычисляют по параметрам выделяемых объемных элементов стенки желудочка, расположенных между соответствующими участками спиральных линий для эндо- и эпикардиальных поверхностей желудочка. Затем осуществляют отражение на изображении поверхности стенки желудочка степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек путем придания определенному первичному участку указанного изображения вокруг каждой из указанных точек соответствующего цветового оттенка, отражающего степень изменения толщины стенки в соответствующей точке. При этом на изображении отмечается только наличие или отсутствие утолщения стенки в каждой из точек за время систолы путем использования только двух цветов черного (для наличия утолщения стенки) и белого (в случае отсутствия утолщения). Объемное изображение поверхности желудочка, как полого органа, в прототипе представляют плоским, производя преобразование трехмерной системы координат в двухмерную путем получения проекции вышеуказанной спирали, описывающей объемную поверхность желудочка, на плоскость, перпендикулярную оси спирали. Closest to the proposed one is a method for assessing the regional elastic properties of the wall of a hollow organ, namely, the left ventricle [9], based on radiation examination by magnetic resonance with obtaining a set of sections of this hollow organ unfolded in time and space during the functioning of the ventricle and subsequent computer approximation of the obtained a set of ventricular cross-sectional shapes to obtain volumetric images of the endocardial and epicardial surfaces of the ventricular wall in end-systolic and con chno-diastolic ventricular states. The method includes determining changes in the thickness of the ventricular wall over a certain period (interval) of ventricular functioning (namely, for the phase of the systole of the ventricle, that is, for the phase of emptying of this hollow organ) at each of the points on the surface of the ventricular wall specified in the image of the obtained surfaces of the ventricular wall. To do this, the image of the endocardial (internal) and epicardial (external) surfaces of the ventricle displays a set of points located in a helical coordinate system, that is, on a spiral line, with the beginning of spiral turns at the top of the ventricle and with the same number of points on each turn, uniformly distributed over each turn. The thickness and thickness change (thickening) of the ventricular wall during the systole phase is calculated by the parameters of the emitted volumetric elements of the ventricular wall located between the corresponding sections of the spiral lines for the endo- and epicardial surfaces of the ventricle. Then, the degree of change in the thickness of this wall at each of the specified points is reflected on the image of the surface of the wall of the ventricle by giving a certain primary area of the specified image around each of the indicated points a corresponding color shade reflecting the degree of change in the wall thickness at the corresponding point. In this case, only the presence or absence of wall thickening at each point during systole is noted in the image by using only two colors of black (for the presence of wall thickening) and white (in the absence of thickening). The volumetric image of the surface of the ventricle as a hollow organ in the prototype is flat, transforming the three-dimensional coordinate system into two-dimensional by obtaining the projection of the above spiral describing the volumetric surface of the ventricle onto a plane perpendicular to the axis of the spiral.
Недостаток способа-прототипа обусловлен тем, что для анализа упругих свойств желудочка используется систолическая часть сердечного цикла (фаза систолы или изгнания), когда миокард левого желудочка не является пассивной структурой. В эту фазу сердечного цикла внутри стенки (из-за сложной пространственной ориентации волокон) возникают активные напряжения, обуславливающие разнонаправленные смещения участков стенки, которые не учитываются в рассматриваемом способе. Кроме того, использование только начального и конечного кадров систолы не позволяет провести анализ траекторий движения участков стенки на протяжении всей фазы и определить величины их деформаций и смещений. В соответствии с указанным, полученные значения изменения толщины стенки в регионах в данном случае характеризуют активность сердечной стенки, но не отражают ее региональные упругие свойства. Такие недостатки имеют место и в случае исследования рассмотренным способом других полых органов, например желудка или мочевого пузыря. The disadvantage of the prototype method is due to the fact that the systolic part of the cardiac cycle (systole or exile phase) is used to analyze the elastic properties of the ventricle, when the left ventricular myocardium is not a passive structure. In this phase of the cardiac cycle inside the wall (due to the complex spatial orientation of the fibers), active stresses arise that cause multidirectional displacements of the wall sections, which are not taken into account in the considered method. In addition, the use of only the initial and final frames of the systole does not allow an analysis of the trajectories of the wall sections throughout the phase and to determine the magnitudes of their deformations and displacements. In accordance with the above, the obtained values of the wall thickness change in the regions in this case characterize the activity of the heart wall, but do not reflect its regional elastic properties. Such deficiencies also occur in the case of the study of other hollow organs, for example, the stomach or bladder, by the examined method.
Задачей изобретения является получение более полной информации о движении участков стенки полого органа, повышение точности локализации участков стенки, повышение точности региональной диагностики состояния полого органа. The objective of the invention is to obtain more complete information about the movement of the wall sections of the hollow organ, increasing the accuracy of localization of the wall sections, increasing the accuracy of the regional diagnosis of the state of the hollow organ.
Для решения поставленной задачи способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа, основанный на лучевом обследовании с получением развернутого во времени и пространстве набора сечений этого органа в течение определенного периода функционирования полого органа и последующей компьютерной аппроксимации полученного набора форм сечений полого органа с получением объемных изображений внутренней и внешней поверхностей стенки полого органа в начале и конце указанного периода функционирования этого органа, включающий определение изменения толщины стенки полого органа за определенный промежуток функционирования этого органа в каждой из точек поверхности стенки полого органа, заданных на изображении одной из полученных поверхностей стенки полого органа, и отражение на изображении поверхности стенки полого органа степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек путем придания определенному первичному участку указанного изображения вокруг каждой из указанных точек соответствующего цветового оттенка, отражающего степень изменения толщины стенки в соответствующей точке, отличается тем, что аппроксимацию и получение объемных изображений поверхностей стенки полого органа осуществляют по данным лучевого обследования в течение фазы наполнения этого органа, совокупность точек задают на изображении внутренней поверхности стенки полого органа в начале фазы наполнения, дополнительно формируют несколько следующих друг за другом во времени в течение фазы наполнения изображений внутренней поверхности стенки полого органа между моментами начала и конца фазы наполнения этого органа, находят положение каждой заданной точки на каждом из следующих друг за другом изображений внутренней поверхности стенки полого органа путем определения соответствия каждой точке изображения предыдущей внутренней поверхности полого органа искомой точки изображения последующей внутренней поверхности, а указанное соответствие устанавливают путем определения искомой точки как точки изображения последующей поверхности, расположенной на нормали к касательной, причем нормаль и касательная проведены через установленную ранее точку изображения предыдущей внутренней поверхности стенки полого органа, толщину стенки полого органа в каждой заданной точке определяют как расстояние по нормали между изображениями внутренней и внешней поверхностей стенки полого органа, полученными в один и тот же момент времени, изменение толщины стенки полого органа в каждой заданной точке определяют как разность толщин стенки органа в начале и конце фазы наполнения этого органа. To solve this problem, a method for evaluating the regional elastic properties of a wall of a hollow organ based on radiation examination to obtain a set of sections of this organ deployed in time and space over a certain period of functioning of the hollow organ and subsequent computer approximation of the obtained set of forms of sections of the hollow organ to obtain volumetric images of the internal and the outer surfaces of the walls of the hollow organ at the beginning and end of the specified period of functioning of this organ, including The change in the wall thickness of a hollow organ over a certain period of functioning of this organ at each point on the surface of the wall of the hollow organ specified in the image of one of the obtained wall surfaces of the hollow organ, and the degree of change in the thickness of this wall at each of the specified points on the image of the surface of the wall of the hollow organ by giving a specific primary region of the specified image around each of the indicated points a corresponding color shade reflecting the degree of change in thickness walls at the corresponding point, characterized in that the approximation and obtaining volumetric images of the surfaces of the walls of the hollow organ is carried out according to the radiation examination during the filling phase of this organ, the set of points is set on the image of the inner surface of the wall of the hollow organ at the beginning of the filling phase, additionally form the following one after another in time during the filling phase of the images of the inner surface of the wall of the hollow organ between the moments of the beginning and end of the filling phase of this organ, find the position of each given point on each of the successive images of the inner surface of the wall of the hollow organ by determining the correspondence to each image point of the previous inner surface of the hollow organ of the desired image point of the subsequent inner surface, and the specified correspondence is established by determining the desired point as the image point of the subsequent a surface located normal to the tangent, and the normal and tangent are drawn through the previously established t a piece of the image of the previous inner surface of the wall of the hollow organ, the wall thickness of the hollow organ at each given point is determined as the normal distance between the images of the inner and outer surfaces of the wall of the hollow organ obtained at the same time, the change in the wall thickness of the hollow organ at each given point defined as the difference between the wall thicknesses of the organ at the beginning and end of the filling phase of this organ.
Способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа отличается также тем, что компьютерную аппроксимацию соответствующего набора форм сечений полого органа для получения объемных изображений внутренней и/или внешней поверхностей стенки этого органа осуществляют с использованием сферических функций. The method for assessing the regional elastic properties of a wall of a hollow organ is also characterized in that a computer approximation of the corresponding set of cross-sectional shapes of the hollow organ to obtain volumetric images of the inner and / or outer surfaces of the walls of this organ is performed using spherical functions.
Кроме того, способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа отличается тем, что цветовой оттенок, отражающий степень изменения толщины стенки в соответствующей заданной точке, ставят в соответствие каждому установленному диапазону значений изменения толщины стенки полого органа за фазу наполнения, причем этот цветовой оттенок, отражающий степень изменения толщины стенки в соответствующей заданной точке изображения поверхности стенки полого органа, изменение толщины которой за фазу наполнения попадает в указанный диапазон значений изменений толщины, придают каждому первичному участку изображения вокруг указанной точки и каждому вторичному участку изображения, расположенному вокруг этого первичного участка, так что края вторичных участков соседних точек изображения смыкаются между собой. In addition, the method for assessing the regional elastic properties of a wall of a hollow organ is characterized in that a color shade reflecting the degree of change in wall thickness at the corresponding predetermined point is associated with each set range of values for changing the wall thickness of the hollow organ during the filling phase, moreover, this color shade reflecting the degree of change in the wall thickness at the corresponding given point in the image of the wall surface of the hollow organ, the change in thickness of which during the filling phase falls into the specified diameter pazon values thickness changes give each primary image area around said point and each secondary image portion located around the primary portion, so that the secondary edge portions of adjacent image points are closed together.
Еще способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа отличается тем, что объемное изображение поверхности стенки полого органа с отражением на нем степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек представляют в виде плоского изображения путем преобразования сферической системы координат объемного изображения в двухмерную систему координат плоского изображения, при этом значение одной из угловых координат каждой точки изображения в сферической системе координат переносят на одну из осей (например, ось абсцисс) в двухмерной системе координат, а значение другой угловой координаты каждой точки изображения в сферической системе координат переносят на другую ось (например, ось ординат) в двухмерной системе координат. Another method for assessing the regional elastic properties of a wall of a hollow organ is characterized in that a three-dimensional image of the surface of the wall of a hollow organ with reflection on it of the degree of change in the thickness of this wall at each of the given points is represented as a flat image by converting the spherical coordinate system of the three-dimensional image into a two-dimensional coordinate system of the flat images, while the value of one of the angular coordinates of each image point in the spherical coordinate system is transferred to one of the axes (for example, the axis bstsiss) in a two-dimensional coordinate system, and the value of another corner coordinates of each point of the image in a spherical coordinate system is transferred to the other axis (e.g., y-axis) in a two-dimensional coordinate system.
Наконец, способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа отличается тем, что на изображение поверхности полого органа с отражением на нем степени изменения толщины стенки в каждой из заданных точек наносят линии, разграничивающие определенные регионы этого органа. Finally, the method for assessing the regional elastic properties of a wall of a hollow organ is characterized in that lines are drawn on the image of the surface of the hollow organ with the reflection of the degree of change in the wall thickness at each of the given points, delimiting certain regions of this organ.
Использование в предложенном способе оценки региональных упругих свойств стенки полого органа результатов лучевого обследования за фазу наполнения полого органа, отслеживание перемещения каждой обследуемой заданной точки внутренней поверхности полого органа в течение этой фазы от ее начала до конца с помощью предложенного построения нормалей к касательным к поверхности и определение изменений толщины стенки полого органа по указанным нормалям в каждой заданной точке за время от начала до конца фазы наполнения полого органа обеспечивают, в совокупности с остальными признаками независимого пункта формулы изобретения, получение более полной информации о движении участков стенки полого органа, повышение точности локализации участков стенки, повышение точности региональной диагностики состояния полого органа. Для врача появляется возможность ранней диагностики заболевания полого органа, например, при исследовании желудочка сердца человека - диагностирование ранней стадии ишемической болезни сердца путем выявления патологического процесса в ветви коронарной артерии на основе полученной картины распределения жесткости миокарда желудочка. Using in the proposed method for assessing the regional elastic properties of the wall of the hollow organ the results of radiation examination during the filling phase of the hollow organ, tracking the movement of each examined predetermined point of the inner surface of the hollow organ during this phase from its beginning to the end using the proposed construction of normals to tangents to the surface and determining changes in the wall thickness of the hollow organ according to the indicated normals at each given point during the time from the beginning to the end of the filling phase of the hollow organ Together with other features of the independent claim, they obtain more complete information about the movement of the wall sections of the hollow organ, increase the accuracy of localization of the wall sections, increase the accuracy of the regional diagnosis of the state of the hollow organ. It is possible for a doctor to make an early diagnosis of a disease of a hollow organ, for example, when examining a person’s ventricle, diagnosing an early stage of coronary heart disease by identifying a pathological process in the coronary artery branch based on the pattern of distribution of ventricular stiffness.
Осуществление компьютерной аппроксимации набора форм сечений полого органа для получения объемных изображений внутренней и/или внешней поверхностей стенки этого органа путем использования сферических функций повышает точность выявления истинной формы полого органа. Carrying out computer approximation of a set of forms of sections of a hollow organ to obtain volumetric images of the inner and / or outer surfaces of the wall of this organ by using spherical functions increases the accuracy of revealing the true shape of a hollow organ.
Отображение диапазонов изменения жесткости стенки полого органа на изображении его поверхности с помощью цветовых оттенков, отражающих степень изменения толщины стенки в соответствующей заданной точке, путем придания указанных цветовых оттенков каждому первичному участку изображения вокруг указанной точки и каждому вторичному участку изображения, расположенному вокруг этого первичного участка, так что края вторичных участков соседних точек изображения смыкаются между собой, повышает наглядность картины распределения жесткости стенки полого органа, в частности жесткости миокарда сердца, и повышает информативность способа. Displaying the ranges of changes in the rigidity of the wall of a hollow organ on the image of its surface using color shades that reflect the degree of change in wall thickness at the corresponding given point, by imparting the specified color shades to each primary portion of the image around the specified point and to each secondary portion of the image located around this primary portion, so that the edges of the secondary sections of neighboring image points are interconnected, increases the visibility of the stiffness distribution pattern with Enki hollow organ, in particular the hardness of the heart attack, and increases the information content of the method.
Формирование из объемного изображения поверхности стенки полого органа с отражением на нем степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек плоского изображения путем преобразования сферической системы координат объемного изображения в двухмерную систему координат плоского изображения вышеуказанным способом повышает удобство рассмотрения специалистом полученной картины распределения жесткости стенки полого органа. The formation of a hollow organ wall surface from a volumetric image with the reflection on it of the change in the thickness of this wall at each of the given points of a flat image by converting the spherical coordinate system of a three-dimensional image into a two-dimensional coordinate system of a flat image by the above method increases the convenience of a specialist to consider the resulting pattern of the distribution of stiffness of the wall of a hollow organ .
Наконец, отображение на изображении поверхности стенки полого органа линий, разграничивающих определенные регионы этого органа, повышает точность локализации изменений упругих свойств (жесткости) стенки полого органа по его регионам. Finally, the display on the image of the surface of the wall of the hollow organ of the lines delimiting certain regions of this organ increases the accuracy of localization of changes in the elastic properties (stiffness) of the wall of the hollow organ in its regions.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - схема лучевого обследования желудочка;
фиг. 2 - изображение сечения желудочка с выделением эндо- и эпикардиальных контуров сечения;
фиг. 3 - кривая зависимости точности аппроксимации для сферических функций различных порядков;
фиг. 4 - вид трехмерной реконструкции поверхности желудочка на основе контуров сечений желудочка;
фиг.5 - трехмерное представление региональной жесткости миокарда пациента до ангиопластики;
фиг.6 - то же самое после ангиопластики;
фиг.7 - карта региональной жесткости миокарда желудочка пациента без ишемической болезни сердца;
фиг. 8 - карта региональной жесткости миокарда желудочка пациента с ишемической болезнью сердца;
фиг.9 - карта региональной жесткости миокарда желудочка пациента до ангиопластики;
фиг. 10 - карта региональной жесткости миокарда желудочка пациента после ангиопластики.The invention is illustrated by the following drawings:
figure 1 - scheme of radiation examination of the ventricle;
FIG. 2 - image of the ventricular section with the allocation of endo- and epicardial contours of the section;
FIG. 3 - curve of approximation accuracy for spherical functions of various orders;
FIG. 4 is a view of a three-dimensional reconstruction of the surface of the ventricle based on the contours of the ventricular sections;
5 is a three-dimensional representation of the regional stiffness of the patient’s myocardium before angioplasty;
6 is the same after angioplasty;
7 is a map of the regional stiffness of the ventricular myocardium of a patient without coronary heart disease;
FIG. 8 is a map of the regional stiffness of the ventricular myocardium of a patient with coronary heart disease;
Fig.9 is a map of the regional rigidity of the ventricular myocardium of the patient before angioplasty;
FIG. 10 is a map of the regional stiffness of the patient’s ventricular myocardium after angioplasty.
Способ оценки региональных упругих свойств стенки полого органа на примере исследования желудочка сердца человека осуществляют следующим образом. A method for evaluating the regional elastic properties of a wall of a hollow organ using the example of a study of the ventricle of a human heart is as follows.
Проводят лучевое обследование, например, левого желудочка 1 (фиг.1) с использованием, в частности, метода трансэзофагиальной (чреспищеводной) эхолокации, на эхокардиографе "Powervision-380" фирмы "Toschiba". Набор развернутых во времени и пространстве изображений двухмерных сечений 2, 3 желудочка 1 во время его функционирования получают путем вращения плоскости сканирования ультразвукового датчика 4 аппарата вокруг оси Z с определенным шагом (в данном случае на угол 15o). Одновременно снимается электрокардиограмма 5 (фиг.2).A radiation examination is carried out, for example, of the left ventricle 1 (Fig. 1) using, in particular, the transesophagic (transesophageal) echolocation method, using a Toschiba Powervision-380 echocardiograph. A set of time-and-space images of two-
Полученное в каждый момент времени (с интервалом 40 мс) двумерное видеоизображение (кадр) 6 сечения желудочка 1 (фиг.2) обрабатывают, например, на дигитальном комплексе "Дикор" лаборатории биофизики Уральского госуниверситета. В частности, вручную выполняют покадровую обводку эндокардиального (внутреннего) 7 и эпикардиального (внешнего) 8 контуров сечений желудочка 1. Строят кривую изменения площади контуров, по которой, с учетом электрокардиограммы 5, определяют начало и конец фазы диастолического наполнения желудочка 1. Для последующей работы используют последовательные во времени изображения контуров сечений желудочка (кадры), полученные в фазу диастолического наполнения желудочка. Obtained at each moment of time (with an interval of 40 ms), a two-dimensional video image (frame) 6 of the cross section of the ventricle 1 (Fig. 2) is processed, for example, at the digital complex "Dikor" of the Biophysics Laboratory of the Ural State University. In particular, the frame-by-frame stroke of the endocardial (internal) 7 and epicardial (external) 8 contours of the ventricular sections is performed manually. A curve of the change in the area of the contours is built, according to which, taking into account the electrocardiogram 5, the beginning and end of the phase of diastolic filling of the ventricle 1 is determined. For subsequent work they use time-consistent images of the contours of the ventricular sections (frames) obtained in the phase of diastolic filling of the ventricle.
Трехмерное, объемное изображение желудочка 1 для одного из моментов фазы диастолического наполнения желудочка формируют путем комплектования набора развернутых вокруг одной оси на соответствующие углы (в данном случае кратные 15o) двухмерных изображений (кадров) контуров сечений желудочка 1, соответствующих этому моменту фазы диастолического наполнения, и последующей аппроксимации такого набора контуров сечений с использованием некоторых математических преобразований. Эта операция осуществляется для каждого из зафиксированных при лучевом обследовании моментов фазы диастолического наполнения.A three-dimensional, three-dimensional image of the ventricle 1 for one of the moments of the phase of diastolic filling of the ventricle is formed by completing a set of two-dimensional images (frames) of the contours of the sections of the ventricle 1, developed around a single axis at 15 o , in accordance with this moment of the phase of diastolic filling, and the subsequent approximation of such a set of section contours using some mathematical transformations. This operation is carried out for each of the moments of the phase of diastolic filling recorded during radiation examination.
Необходимую информацию для получения объемного изображения содержит каждый контур сечения желудочка, но для простоты будем считать синонимами понятия "контур сечения" и "сечение". С датчиком 4 и исследуемым желудочком 1 связана глобальная система координат (фиг.1), ось Х которой направлена вдоль оси зонда 9 с датчиком 4. Ось Z направлена вдоль длинной оси желудочка 1 и является осью вращения плоскости сканирования датчика 4. Ось Y дополняет пространственную трехмерную глобальную систему координат до правой тройки. В плоскости каждого полученного изображения двухмерного сечения (2, 3, 6) желудочка 1 расположена двухмерная локальная система координат (x, y), связанная с плоскостью сканирования датчика 4. Ось у направлена вдоль оси поворота Z плоскости сканирования датчика 4, а ось x ортогональна к от y. The necessary information for obtaining a three-dimensional image contains each contour of the ventricular section, but for simplicity we will consider synonyms the concepts of “section contour” and “section”. A global coordinate system is connected with the
Разворот полученных контуров сечений выполняют в глобальной декартовой системе координат. Перевод координат каждой i-й точки контура сечения из локальной (xi, yi) системы координат в глобальную (Xi, Yi, Zi,) осуществляют для каждого контура путем поворота плоскости сечения на угол γ вокруг оси Y:
Чтобы учесть механическое смещение сердца и, соответственно, желудочка 1 в пространстве, для каждого момента времени выполняют совмещение сечений желудочка по их центрам тяжести. Для этого определяют координаты центра тяжести (xс, yс) каждого эндокардиального контура сечения, используя соотношения вида:
где ρ(x,y) = 1, то есть плотность распределения массы точек на контуре сечения считается равномерной. Полная масса контура определяется как:
Аппроксимацию поверхности желудочка 1 осуществляют, например, с использованием сферических функций. Назначение процедуры заключается в обеспечении "наилучшего" приближения аппроксимируемой поверхности желудочка 1 к экспериментальным данным. Вводят функцию F(θ,φ), позволяющую по известным угловым координатам θ и φ (в сферической системе координат) определить положение произвольной точки на поверхности. Функцию F(θ,φ) задают через набор сферических гармоник f
где неизвестными являются только коэффициенты Аnk и Вnk, число которых равно (m+1)2, P
To take into account the mechanical displacement of the heart and, accordingly, the ventricle 1 in space, for each moment of time, the cross sections of the ventricle are combined at their centers of gravity. To do this, determine the coordinates of the center of gravity (x s , y s ) of each endocardial contour of the section, using relationships of the form:
where ρ (x, y) = 1, that is, the density distribution of the mass of points on the contour of the section is considered uniform. The total mass of the circuit is defined as:
Approximation of the surface of the ventricle 1 is carried out, for example, using spherical functions. The purpose of the procedure is to provide the "best" approximation of the approximated surface of the ventricle 1 to the experimental data. The function F (θ, φ) is introduced, which allows one to determine the position of an arbitrary point on the surface using the known angular coordinates θ and φ (in a spherical coordinate system). The function F (θ, φ) is defined through the set of spherical harmonics f
where only the coefficients A nk and B nk are unknown, the number of which is (m + 1) 2 , P
Для достижения наилучшего приближения аппроксимированной поверхности к реальной геометрии желудочка 1 неизвестные коэффициенты Ank и Bnk разложения функции F(θ,φ) подобраны так, чтобы ошибка аппроксимации (Δ
Коэффициенты Ank и Bnk вычисляются с использованием соотношений вида:
где n=0,1,2,3,...,m, k=0,1,2,3,...,n; δk = 1 при k>0; δk = 2 при k=0.To achieve the best approximation of the approximated surface to the real geometry of the ventricle 1, the unknown expansion coefficients A nk and B nk of the expansion of the function F (θ, φ) are chosen so that the approximation error (Δ
The coefficients A nk and B nk are calculated using relations of the form:
where n = 0,1,2,3, ..., m, k = 0,1,2,3, ..., n; δ k = 1 for k>0; δ k = 2 for k = 0.
Необходимый порядок аппроксимации выбирают таким образом, чтобы величина ошибки аппроксимации Δ
Часть предложенного способа (лучевое обследование и компьютерная аппроксимация соответствующего набора форм сечений желудочка для получения объемных изображений эндокардиальной и эпикардиальной поверхностей стенки желудочка) может быть осуществлена с использованием других методов, дающих достаточную для определенных целей степень приближения к истинной форме поверхности желудочка. Например, могут быть использованы ультразвуковое трансторакальное обследование и компьютерная аппроксимация полученного набора форм сечений желудочка кубическими сплайнами. Part of the proposed method (radiation examination and computer approximation of the corresponding set of ventricular cross-sectional shapes to obtain volumetric images of the endocardial and epicardial surfaces of the ventricular wall) can be carried out using other methods that provide a degree of approximation to the true shape of the ventricular surface that is sufficient for certain purposes. For example, ultrasound transthoracic examination and computer approximation of the obtained set of ventricular cross-sectional shapes with cubic splines can be used.
На полученное объемное изображение эндокардиальной начально-диастолической поверхности стенки желудочка 1 наносят совокупность заданных точек, положение каждой из которых определяют затем на каждом последующем во времени изображении эндокардиальной поверхности желудочка вплоть до изображения конечно-диастолической поверхности. Совокупность точек может быть нанесена, например, в виде сетки, узлы которой являются заданными точками. Формирование сетки производят путем разбиения изображения эндокардиальной поверхности по углам θ и φ в сферической системе координат на равные угловые элементы размером примерно 4•4 мм. On the obtained volumetric image of the endocardial initial diastolic surface of the wall of the ventricle 1, a set of predetermined points is applied, the position of each of which is then determined on each subsequent image of the endocardial surface of the ventricle up to the image of the end-diastolic surface. A set of points can be plotted, for example, in the form of a grid, the nodes of which are given points. Mesh formation is performed by dividing the image of the endocardial surface at the angles θ and φ in the spherical coordinate system into equal angular elements of about 4 • 4 mm in size.
Направление перемещения каждой заданной точки от предыдущего по времени изображения поверхности желудочка к последующему изображению определяют по нормали к касательной, проведенной к поверхности предыдущего изображения в этой точке. Уравнение нормали к заданной точке поверхности представляют в виде:
где 
Where
Вектора, касательные к поверхности в заданной точке с угловыми координатами (θ,φ), вычисляют с использованием следующих соотношений:
Таким образом, слежение за движением каждой заданной в начале фазы точки изображения поверхности стенки во время растяжения желудочка в фазу диастолического наполнения позволяет установить местоположение каждой точки в конце этой фазы.The vectors tangent to the surface at a given point with angular coordinates (θ, φ) are calculated using the following relations:
Thus, tracking the movement of each point at the beginning of the phase of the image of the wall surface during ventricular stretching into the phase of diastolic filling allows you to set the location of each point at the end of this phase.
Затем для каждой из заданных точек определяют толщину стенки желудочка в начале и в конце фазы диастолического наполнения. Толщину стенки определяют как величину расстояния между полученными в один и тот же момент времени эндои эпикардиальными поверхностями по нормали к касательной, построенной в данной точке к эндокардиальной поверхности стенки. Для каждой из заданных точек определяют также изменение толщины стенки желудочка за фазу диастолического наполнения, отражающее диастолическую жесткость миокарда, то есть упругие свойства этого полого органа. Then, for each of the given points, the wall thickness of the ventricle is determined at the beginning and at the end of the phase of diastolic filling. The wall thickness is defined as the distance between the endoic epicardial surfaces obtained at the same instant of time along the normal to the tangent plotted at this point to the endocardial wall surface. For each of the given points, the change in the thickness of the ventricular wall during the phase of diastolic filling, which reflects the diastolic stiffness of the myocardium, that is, the elastic properties of this hollow organ, is also determined.
В качестве параметра, характеризующего диастолическую жесткость миокарда в заданной точке, используют, например, относительное изменение толщины:
где H1, H2 - толщина стенки желудочка в начале и конце диастолы соответственно.As a parameter characterizing the diastolic stiffness of the myocardium at a given point, for example, use a relative change in thickness:
where H 1 , H 2 - ventricular wall thickness at the beginning and end of diastole, respectively.
Для отражения распределения жесткости миокарда на полученном объемном изображении поверхности стенки желудочка (фиг.5, 6), например, на изображении эндокардиальной поверхности желудочка в конце фазы диастолического наполнения, каждому установленному диапазону значений изменения толщины стенки желудочка за эту фазу ставят в соответствие определенный цветовой оттенок. Для отражения степени изменения толщины используют различные оттенки серого цвета. Например (фиг.5, 6), регионы, имеющие нормальную жесткость миокарда, окрашены белым цветом, максимальную - черным цветом. Регионы с промежуточными значениями жесткости окрашены различным по интенсивности серым цветом с шагом 5%, причем увеличение интенсивности цвета соответствует увеличению жесткости миокарда. Указанный цветовой оттенок, характеризующий изменение толщины стенки желудочка в каждой заданной точке, придают участку изображения в этой точке и вокруг нее, так что края указанных участков соседних точек изображения смыкаются между собой. Полученное объемное изображение поверхности желудочка с отражением на нем распределения степени жесткости стенки рассматривают на экране дисплея компьютера с разных сторон, используя соответствующее графическое программное обеспечение. Можно получить распечатки изображений разных сторон объемной поверхности. To reflect the distribution of myocardial stiffness in the obtained volumetric image of the surface of the ventricular wall (Figs. 5, 6), for example, in the image of the endocardial surface of the ventricle at the end of the diastolic filling phase, a certain color shade is associated with each established range of values for changing the thickness of the ventricular wall for this phase . To reflect the degree of change in thickness, various shades of gray are used. For example (Fig.5, 6), regions with normal myocardial stiffness are colored in white, the maximum in black. Regions with intermediate stiffness values are colored with a different gray intensity in increments of 5%, and an increase in color intensity corresponds to an increase in myocardial stiffness. The specified color tone characterizing the change in the thickness of the ventricular wall at each given point is attached to the image area at and around this point, so that the edges of these areas of adjacent image points are interconnected. The obtained volumetric image of the surface of the ventricle with a reflection on it of the distribution of the degree of rigidity of the wall is viewed on a computer screen from different sides using the appropriate graphics software. You can get printouts of images on different sides of the volume surface.
Более наглядное представление о распределении жесткости миокарда можно получить при использовании других различных цветов и оттенков (на фигурах не показано). Например, нормальную жесткость отражают светло-сиреневым цветом, повышенную на 5-10% - светло-серым, на 10-15% - зеленым, на 15-20% - красным, на 20-25% - синим, на 25-30% - темно-серым, повышенную больше 30% - черным цветом. A more visual representation of the distribution of myocardial stiffness can be obtained using other different colors and shades (not shown in the figures). For example, normal hardness is reflected in light lilac color, increased by 5-10% - light gray, by 10-15% - green, by 15-20% - red, by 20-25% - blue, by 25-30% - dark gray, increased more than 30% - black.
Для отражения распределения жесткости миокарда на полученном объемном изображении желудочка может быть использовано также сочетание разных оттенков серого цвета или различные виды штриховки для каждого диапазона значений жесткости. To reflect the distribution of myocardial stiffness in the resulting three-dimensional image of the ventricle, a combination of different shades of gray or different types of hatching for each range of stiffness values can also be used.
Изображение поверхности стенки желудочка с отражением на нем степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек может быть представлено в виде плоского изображения (фиг.7 10) путем преобразования сферической системы координат объемного изображения в двухмерную систему координат плоского изображения, при этом значение одной из угловых координат каждой точки изображения в сферической системе координат переносят на одну из осей (например, ось ординат) в двухмерной системе координат, а значение другой угловой координаты каждой точки изображения в сферической системе координат переносят на другую ось (абсцисс) в двухмерной системе координат. The image of the surface of the ventricular wall with the reflection on it of the degree of change in the thickness of this wall at each of the given points can be represented as a flat image (Fig. 7 10) by converting the spherical coordinate system of the three-dimensional image into a two-dimensional coordinate system of the flat image, the value of one of the angular coordinates of each image point in a spherical coordinate system are transferred to one of the axes (for example, the ordinate axis) in a two-dimensional coordinate system, and the value of the other angular coordinate is The first point of the image in a spherical coordinate system is transferred to another axis (abscissa) in a two-dimensional coordinate system.
Для облегчения зрительного восприятия степени изменений жесткости миокарда в различных регионах сердца на изображение поверхности стенки желудочка с отражением на нем степени изменения толщины этой стенки в каждой из заданных точек наносят линии, разграничивающие регионы сердца (фиг.7-10): межжелудочковая перегородка - 10, передняя стенка - 11, свободная стенка - 12, задняя стенка - 13, верхушка - 14. To facilitate visual perception of the degree of change in myocardial stiffness in different regions of the heart, lines are drawn on the image of the surface of the ventricular wall with the reflection on it of the degree of change in the thickness of this wall at each of the specified points (fig. 7-10): interventricular septum - 10, the front wall is 11, the free wall is 12, the rear wall is 13, and the apex is 14.
Полученное в результате осуществления предложенного способа объемное или плоское изображение поверхности желудочка с отраженным на изображении распределением жесткости миокарда используют для диагностики состояния сердца обследованного пациента. Obtained as a result of the implementation of the proposed method, a three-dimensional or flat image of the surface of the ventricle with the distribution of myocardial rigidity reflected in the image is used to diagnose the state of the heart of the examined patient.
На фиг.7, 8 в качестве примера показаны полученные предложенным способом карты жесткости для двух пациентов: фиг.7 - для пациента, страдающего приступами параксизмальной тахикардии, обследованного в межприступный период; фиг. 8 - для пациента с протяженным стенозом передней межжелудочковой ветви левой коронарной артерии и крупноочаговым постинфарктным рубцом в области верхушки 14 левого желудочка. Поверхности желудочка представлены на плоскости в виде равномерной сетки квадратных элементов (размером примерно 4•4 мм), каждому элементу которой в сферических координатах θ (ось ординат) и φ (ось абсцисс) различными оттенками серого поставлено в соответствие значение его диастолической жесткости. Изменение оттенков серого от белого вплоть до черного соответствует увеличению жесткости миокарда от нормального значения до максимума. In Fig.7, 8 as an example, the stiffness maps obtained by the proposed method for two patients are shown: Fig.7 - for a patient suffering from attacks of paraxysmal tachycardia examined during the interictal period; FIG. 8 - for a patient with extended stenosis of the anterior interventricular branch of the left coronary artery and large focal post-infarction scar in the region of the apex of the 14 left ventricle. The surfaces of the ventricle are represented on the plane in the form of a uniform grid of square elements (about 4 • 4 mm in size), each element of which in the spherical coordinates θ (ordinate axis) and φ (abscissa axis) is assigned a value of its diastolic stiffness with different shades of gray. A change in shades of gray from white to black corresponds to an increase in myocardial stiffness from normal to maximum.
Видно, что с точки зрения упругих характеристик в регионах сердечной стенки две вышеупомянутые карты принципиально отличаются друг от друга. На карте (фиг.7) отсутствуют зоны с увеличенной жесткостью. В отличие от этого, на карте (фиг. 8) в области верхушки 14 наблюдается обширная зона с повышенной жесткостью, соответствующая зоне постинфарктной верхушечной аневризмы. Наличие указанной аневризмы верифицировано инструментальными клиническими методиками. It can be seen that from the point of view of elastic characteristics in the regions of the heart wall, the two aforementioned cards are fundamentally different from each other. On the map (Fig.7) there are no zones with increased rigidity. In contrast, on the map (Fig. 8) in the region of the apex 14 there is an extensive zone with increased stiffness corresponding to the zone of postinfarction apical aneurysm. The presence of this aneurysm was verified by instrumental clinical techniques.
Тестирование предложенного способа проведено также при анализе результатов реваскуляризации миокарда пациента при выполнении баллонной транслюминальной ангиопластики со стентированием коронарных артерий На фиг.9, 10 представлены карты региональной диастолической жесткости этого пациента, соответственно, до и через сутки после хирургической процедуры. Данный пациент поступил в стационар для проведения повторной транслюминальной баллонной ангиопластики в связи с рестенозом интракоронарного стента, имплантированного в проксимальный сегмент передней межжелудочковой ветви левой коронарной артерии полгода назад. По данным киновентрикулографии, трансторакальной и чреспищеводной эхокардиографии зон с аномальной кинематикой выявлено не было. Testing of the proposed method was also carried out when analyzing the results of the patient’s myocardial revascularization when performing balloon transluminal angioplasty with stenting of the coronary arteries. Figures 9, 10 show maps of regional diastolic stiffness of this patient, respectively, before and one day after the surgical procedure. This patient was admitted to the hospital for repeated transluminal balloon angioplasty due to restenosis of an intracoronary stent implanted in the proximal segment of the anterior interventricular branch of the left coronary artery six months ago. According to kinoventriculography, transthoracic and transesophageal echocardiography of zones with abnormal kinematics were not detected.
Карта региональной жесткости миокарда левого желудочка рассматриваемого пациента до ангиопластики (фиг. 9) показывает наличие зон с повышенной жесткостью в сегментах, являющихся бассейном передней межжелудочковой ветви левой коронарной артерии, что соответствует базальному, папиллярному и апикальному отделам межжелудочковой перегородки 10 и прилежащему к ней отделу передней стенки 11. Кроме того, область с повышенной жесткостью обнаружена на границе свободной 12 и задней 13 стенок левого желудочка, а также на верхушке 14. A map of the regional left ventricular myocardial stiffness of the patient under consideration before angioplasty (Fig. 9) shows the presence of zones with increased stiffness in the segments that are the basin of the anterior interventricular branch of the left coronary artery, which corresponds to the basal, papillary and apical sections of the
Реваскуляризация прошла без осложнений с положительным ангиографическим эффектом. Приступов стенокардии в послеоперационном периоде не было. Толерантность к физической нагрузке по данным велоэргометрии до и через месяц после ангиопластики составила 75 и 125 Вт соответственно, причем во втором случае без ишемических изменений на ЭКГ. Приведенный на карте (фиг.10) результат ангиопластики демонстрирует уменьшение жесткости не только межжелудочковой перегородки 10 и верхушки 14, являющихся бассейном реканализированной артерии, но и базальных отделов свободной 12 и задней 13 стенок левого желудочка сердца. Revascularization went without complications with a positive angiographic effect. There were no attacks of angina pectoris in the postoperative period. According to bicycle ergometry, exercise tolerance to physical activity before and a month after angioplasty was 75 and 125 W, respectively, and in the second case without ischemic changes on the ECG. The angioplasty result shown on the map (Fig. 10) shows a decrease in stiffness not only of the
Представленное на фиг.9, 10 распределение жесткости миокарда в зоне межжелудочковой перегородки до и после ангиопластики совпадает с данными, представленными на фиг.5, 6 для этого региона стенки желудочка. Presented on Fig.9, 10 the distribution of myocardial stiffness in the area of the interventricular septum before and after angioplasty coincides with the data presented in Fig.5, 6 for this region of the ventricular wall.
Результаты тестирования подтверждают правомерность использования предложенного способа для диагностики ишемических заболеваний сердца. The test results confirm the legitimacy of using the proposed method for the diagnosis of coronary heart disease.
Предложенный способ может быть применен для оценки упругих свойств других полых органов, например, желудка. При этом желудок наполняют водой порциями (по 100 мл). Через 1 минуту после каждого приема жидкости проводят ультразвуковое обследование с получением полного набора сечений желудка. Процедура наполнения желудка и его ультразвукового обследования продолжается до тех пор, пока объем содержимого желудка не увеличится до максимального физиологического объема. В результате обследования получают полный набор сечений желудка после каждого приема воды. По полученным данным проводят формирование трехмерных поверхностей исследуемого органа и их аппроксимацию. Для выявления упругих свойств стенки желудка проводят разбиение поверхности на участки, расположенные вокруг каждой заданной точки. Движение участков отслеживается в процессе наполнения желудка с помощью вышеописанного построения нормали к внутренней поверхности для заданной точки каждого участка. Толщина регионов стенки в начальный и конечный моменты наполнения определяется по длине нормали, построенной от внутренней поверхности желудка к внешней. Значения изменения толщины стенки в различных участках поверхности желудка могут быть представлены в виде плоских карт, где каждому диапазону значений будет соответствовать определенный цвет. The proposed method can be applied to assess the elastic properties of other hollow organs, for example, the stomach. In this case, the stomach is filled with water in portions (100 ml each). 1 minute after each fluid intake, an ultrasound examination is performed to obtain a complete set of sections of the stomach. The procedure for filling the stomach and its ultrasound examination continues until the volume of the contents of the stomach increases to the maximum physiological volume. As a result of the examination, a complete set of sections of the stomach is obtained after each intake of water. According to the data obtained, the formation of three-dimensional surfaces of the investigated organ is carried out and their approximation. To identify the elastic properties of the wall of the stomach, the surface is divided into sections located around each given point. The movement of the sites is monitored during the process of filling the stomach with the help of the above-described construction of the normal to the inner surface for a given point of each site. The thickness of the regions of the wall at the initial and final moments of filling is determined by the length of the normal, built from the inner surface of the stomach to the outer. Values of changes in wall thickness in different parts of the surface of the stomach can be represented in the form of flat maps, where each range of values will correspond to a certain color.
Таким образом, анализ движения регионов стенки полых мышечных органов позволяет провести точную диагностику изменения региональных упругих свойств стенки полого органа, выявить зоны с патологически измененными свойствами. Отслеживание истинного перемещения участков стенки обеспечивает выявление мелкоочаговых поражений (например, миокарда), которые еще не вызвали крупномасштабных нарушений функции всего полого органа в целом, что позволяет провести раннюю диагностику возникающего заболевания. Thus, the analysis of the movement of the regions of the wall of the hollow muscular organs allows an accurate diagnosis of changes in the regional elastic properties of the walls of the hollow organ, to identify areas with pathologically altered properties. Tracking the true movement of wall sections ensures the detection of small focal lesions (for example, the myocardium) that have not yet caused large-scale dysfunctions of the function of the entire hollow organ as a whole, which allows an early diagnosis of the emerging disease.
Источники информации
1. Dunesnil J., Shoucri R. Quantitative relationships between left ventricle ejection and wall thickening and geometry (Количественные соотношения между выбросом, утолщением стенки и геометрией левого желудочка). Journal Appi Physiol., 1991, Vol.70(1) pp. 48-54.Sources of information
1. Dunesnil J., Shoucri R. Quantitative relationships between left ventricle ejection and wall thickening and geometry (Quantitative relations between the ejection, thickening of the wall and the geometry of the left ventricle). Journal Appi Physiol., 1991, Vol. 70 (1) pp. 48-54.
2. Guccione J.M., McCulloch A.D., Waldam L.K. Passive material properties of intact ventricular myocardium determined from a cylindrical model (Пассивные свойства материала миокарда интактного желудочка, определенные на цилиндрической модели). Journal Biomech. Engineering, 1991, Vol. 113(1), pp. 42-55. 2. Guccione J.M., McCulloch A.D., Waldam L.K. Passive material properties of intact ventricular myocardium determined from a cylindrical model (Passive properties of the intact ventricular myocardium material, as determined by the cylindrical model). Journal Biomech. Engineering, 1991, Vol. 113 (1), pp. 42-55.
3. Sys S. U. , Brutsaert D.L. Is stiffness increased during ischemia? (Увеличивается ли жесткость во время ишемии?). Am. Journal Cardiology, 1989, Vol.63(10), pp. 83E-86E. 3. Sys S. U., Brutsaert D.L. Is stiffness increased during ischemia? (Does stiffness increase during ischemia?). Am. Journal of Cardiology, 1989, Vol. 63 (10), pp. 83E-86E.
4. Колчанова С.Г., Яковенко О.В., Гринько А.А. Анализ сферической модели левого желудочка для определения упругих свойств регионов сердечной стенки. Уральская конференция молодых ученых "Физика в биологии и медицине" (2-4 марта 1999 г.), сб. науч. работ, Екатеринбург, 1999, стр.51-52. 4. Kolchanova S.G., Yakovenko O.V., Grinko A.A. Analysis of a spherical model of the left ventricle to determine the elastic properties of the regions of the heart wall. Ural Conference of Young Scientists "Physics in Biology and Medicine" (March 2-4, 1999), Sat scientific Works, Yekaterinburg, 1999, pp. 51-52.
5. Патент Российской Федерации 2168943, А 61 В 8/08, 8/12, оп. 20.06.01 г. 5. Patent of the Russian Federation 2168943, A 61
6. Патент Российской Федерации 2166281, А 61 В 8/00, оп. l0.05.01 г. 6. Patent of the Russian Federation 2166281, A 61
7. Martin R. , Bashein G., Nessly M. Methodology for three-dimensional reconstruction оf the left ventricle from transesophageal echocardiograms (Методология трехмерной реконструкции левого желудочка с использованием трансэзофагиальной эхокардиолокации). Ultrasound in Med. & Biol., 1993, Vol.19, No.l, pp. 27-38. 7. Martin R., Bashein G., Nessly M. Methodology for three-dimensional reconstruction of the left ventricle from transesophageal echocardiograms (Methodology for three-dimensional reconstruction of the left ventricle using transesophagic echocardiolocation). Ultrasound in Med. & Biol., 1993, Vol.19, No.l, pp. 27-38.
8. Mele D. , Маеhlе J., Pedini I., Alboni P., Levine R.A. Three-dimensional echocardiografic reconstruction: description and applications of a simplified technique for quantitative assessment of left ventricular size and function (Трехмерная эхокардиографическая реконструкция: описание и применения упрощенной методики для количественной оценки размера и функции левого желудочка). The American journal of cardiology, 1998, v.81 (12A), june 18, pp. l07G-110G. 8. Mele D., Mahe J., Pedini I., Alboni P., Levine R.A. Three-dimensional echocardiografic reconstruction: description and applications of a simplified technique for quantitative assessment of left ventricular size and function (Three-dimensional echocardiographic reconstruction: description and application of a simplified technique for quantifying the size and function of the left ventricle). The American journal of cardiology, 1998, v. 81 (12A), june 18, pp. l07G-110G.
9. Azhari H. , Sideman S., Weiss J.L., Shapiro E.P., Weisfeldt M.L., Graves W. L., Rogers W.J., Beyar R. Three-dimensional mapping of acute ischemic regions using MRI: wall thickening versus motion analysis (Трехмерное картирование регионов острой ишемии методом ядерно-магнитного резонанса: противопоставление методики утолщения стенки анализу движения). American journal of physiology, 1990, Nov., 259(5Pt2), pp. H1492-H1503. 9. Azhari H., Sideman S., Weiss JL, Shapiro EP, Weisfeldt ML, Graves WL, Rogers WJ, Beyar R. Three-dimensional mapping of acute ischemic regions using MRI: wall thickening versus motion analysis by the method of nuclear magnetic resonance: contrasting the method of thickening the wall with the analysis of motion). American journal of physiology, 1990, Nov. 259 (5Pt2), pp. H1492-H1503.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002104521A RU2217042C2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Method for estimating elastic properties of hollow organ walls |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002104521A RU2217042C2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Method for estimating elastic properties of hollow organ walls |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2217042C2 true RU2217042C2 (en) | 2003-11-27 |
| RU2002104521A RU2002104521A (en) | 2003-12-10 |
Family
ID=32027440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002104521A RU2217042C2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Method for estimating elastic properties of hollow organ walls |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2217042C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702090C2 (en) * | 2015-03-31 | 2019-10-04 | Конинклейке Филипс Н.В. | Calibration of ultrasonic, based on elasticity, imaging of the lesion focus |
-
2002
- 2002-02-19 RU RU2002104521A patent/RU2217042C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| AZHARI H. et all. Three-dimersional mapping of acute ishemic regions using MRI: wall thickening versus motion analysis. B: American jounal of physiology, 1990, Nov, 259 (5pt2), p.H1492-H1503. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702090C2 (en) * | 2015-03-31 | 2019-10-04 | Конинклейке Филипс Н.В. | Calibration of ultrasonic, based on elasticity, imaging of the lesion focus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alessandrini et al. | A pipeline for the generation of realistic 3D synthetic echocardiographic sequences: Methodology and open-access database | |
| PANDIAN et al. | Three‐dimensional and four‐dimensional transesophageal echocardiographic imaging of the heart and aorta in humans using a computed tomographic imaging probe | |
| Siu et al. | Three-dimensional echocardiography. In vivo validation for left ventricular volume and function. | |
| Menzel et al. | Quantitative assessment of aortic stenosis by three-dimensional echocardiography | |
| Schmidt et al. | Real-time three-dimensional echocardiography for measurement of left ventricular volumes | |
| Wang et al. | Live three‐dimensional echocardiography: Imaging principles and clinical application | |
| Dave et al. | Recent technological advancements in cardiac ultrasound imaging | |
| Schiller et al. | Analysis of left ventricular systolic function | |
| US20050124881A1 (en) | Ultrasonographic system and ultrasonography | |
| Chuang et al. | Three-dimensional echocardiographic measurement of left ventricular mass: comparison with magnetic resonance imaging and two-dimensional echocardiographic determinations in man | |
| Papadacci et al. | 4D ultrafast ultrasound imaging of naturally occurring shear waves in the human heart | |
| O'dell et al. | Imaging three-dimensional cardiac function | |
| CN110477952A (en) | Diagnostic ultrasound equipment, medical diagnostic imaging apparatus and storage medium | |
| Schmidt et al. | Anatomic validation of a novel method for left ventricular volume and mass measurements with use of real-time 3-dimensional echocardiography | |
| Mæhle et al. | Three‐dimensional echocardiography for quantitative left ventricular wall motion analysis: A method for reconstruction of endocardial surface and evaluation of regional dysfunction | |
| CN115666401A (en) | System and method for non-invasive pressure measurement | |
| Okrasinski et al. | Assessment of myocardial elastography performance in phantoms under combined physiologic motion configurations with preliminary in vivo feasibility | |
| Duan et al. | Validation of optical-flow for quantification of myocardial deformations on simulated RT3D ultrasound | |
| Olszewski et al. | Mathematical and ultrasonographic model of the left ventricle: In vitro studies | |
| Arbeille et al. | Real-time 3-D ultrasound acquisition and display for cardiac volume and ejection fraction evaluation | |
| RU2217042C2 (en) | Method for estimating elastic properties of hollow organ walls | |
| Jiang et al. | Quantitative three-dimensional reconstruction of left ventricular volume with complete borders detected by acoustic quantification underestimates volume | |
| Liao et al. | Regional surface geometry of the rat stomach based on three-dimensional curvature analysis | |
| US20080095415A1 (en) | Ultrasonic Myocardial Tagging | |
| Sheehan et al. | Quantitative three dimensional echocardiography: Methodology, validation, and clinical applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070220 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080420 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090220 |