基于MC图像重建算法的经食管三维超声心动图评价房间隔缺损合并三尖瓣反流的手术效果

抽象的

本研究是探讨食管中的三维（3D）图像在室间隔缺损（ASD）的治疗中与三尖瓣反流（TR）手术进行探讨的施用和效果在游行立方体（MC）图像重建算法下．MC图像重建算法改进为优化的MC图像重建算法。从2017年1月至2019年1月到2019年1月，已成功经历ASD的100名已成功接受ASD的患者作为研究对象，并根据缺陷的规模进行分组。用MC图像重建算法分析患者的术前和术后条件。与传统的MC图像算法相比，优化的MC高级运行时间较少，更少的固定点（ ）。所有ASD患者术后TR均有显著性差异( ），所有患者的TR均从1^圣天到30^th手术后一天，从3逐步企稳^rd.月到6^th手术后一个月。与正常的患者的肺动脉压力相比，TR的升高的患者的肺动脉压力量显著增加，并且差异有统计学显著（ ）。此外，闭塞后TR的改善与患者术前ASD相关。优化后的MC算法在不动点数量和运行时间上都有很大的改进。采用优化后的MC算法进行分析发现，ASD患者普遍存在不同程度的TR, TR随缺损程度的增加而增加，对于各种类型的ASD患者均可取得良好的手术效果。

1.介绍

大约10％-15％的先天性心脏病患者患有ASD。作为最常见的先天性心脏病之一，ASD占男性和女性的1：2。在成人先天性心脏病中，ASD的发病率约为35％至40％[1］.TR血液通过不足的TR从右心室进入右心房。Tr通常是由于严重的肺动脉高压或右心室流出道梗阻而次次到右心室扩张和单一扩张或单一的高压[2］.现阶段，ASD的临床评估主要依赖于冠状动脉造影、血管内超声和光学相干断层扫描[3.那4］.现阶段一般在超声图像的指导下进行ASD手术。对于年轻医生来说，仅凭超声图像很难完成整个手术过程。在此基础上，介绍了三维重建。大部分的三维重建只针对人类的大脑、骨骼、肝脏等器官。三维血管重建才刚刚起步，基于血管内超声的三维血管重建既是重点也是难点。血管内超声图像的研究大致可以分为以下几个方面:冠状动脉图像血管分割与骨骼提取、超声图像斑块分割、血管内超声(IVUS)、冠状动脉造影(CAG)图像数据融合[5-7］.在这个阶段，这些领域已经实现了某些结果，但仍然没有关于心脏三维模型的构建的研究。MC是一种三维重建算法，广泛用于血管重建。然而，由MC算法重建的血管模型由大量三角网格数据组成，其计算效率低。因此，必须优化MC算法。目前，ASD闭塞和手术修复是治疗ASD的主要处理方法。由于王等人成功地关闭了次级ASD的第一种情况。介入治疗1976年，闭塞手术已成为治疗ASD的首选[8]。有关研究证实，部分自闭症患者会同时出现不同程度的TR。在治疗ASD中，是否需要进一步积极介入TR是临床医生需要考虑的问题。这与ASD治疗的外科修复或介入封堵的选择直接相关[9那10.］.

因此，将传统MC算法改进为优化MC，构建三维超声心脏模型，进一步研究闭塞术对ASD合并TR患者的治疗效果。

2。材料和方法

2．1.基于移动立方体算法的图像重建

体素是基本单元中的三维数据字段。这 在Voxel中，设置为代表数据字段中每个像素的坐标，其中一个和b表示在该层中的像素的位置，和k称为层的数量。它应该是不同的采样点之间的距离 ；然后可以写入相应的转换关系 那 那和 ．任何点的灰度值 在坐标中可以用以下等式计算： 在哪里n_我（我 = 0, 1, ..., 7) depended on the gray value of the eight vertices of the voxel. The gray value of any point in the voxel could be calculated with this equation.

在MC算法中最重要的步骤是，以提取该轮廓的表面，其主要包括以下三个步骤：确定所述轮廓表面和体素焦点以及确定所述体素的轮廓表面的划分方法之间的位置关系;确定所述边缘和轮廓表面的焦点坐标;以及计算所述轮廓面的法线矢量。当边缘和轮廓表面的焦点坐标被确定，所述三维数据字段被假定为连续的，并且所述两个点之间的线性内插获得通过计算边缘与轮廓的交点的坐标表面。两个顶点的坐标分别设为 和 那并计算交点坐标如下: 在哪里R表示轮廓表面的阈值和和是两个顶点的像素。

在表面轮廓的矢量计算方法中,每个顶点在立体像素的梯度值被灰色差分法计算,然后正常的十字路口的方向可以通过线性插值得到的两个顶点之间的梯度,这称为轮廓表面的法向量。假设顶点的灰度值为 ；然后该点的梯度矢量可以由灰度差方法如下获得： 在哪里年代表示梯度向量， 提及两个顶点之间的距离，并且标准化后可以获得顶点单元的常规向量，如下所示：

轮廓表面的正常矢量可以写成 在哪里和是顶点的法向量。最后，利用移动四面体法和渐近法解决了MC算法中的连接模糊问题。

2.2。移动立方体算法的优化

传统的MC算法是基于轮廓表面提取和绘制三维模型。该模型由多个三角形面配有，并且通过体素顶点之间的线性插值获得这三个交叉点。这种方法需要很长时间，这影响了模型建设的效率。此外，对先前研究的分析表明，轮廓表面连接的模糊性也影响了模型生成的效果。基于此，在本研究中构建了优化的MC算法。

首先，线性内插是由与所述中间点代替线性内插点的优化，和方程可写成如下： 在哪里米是的中点坐标，和是两个顶点的坐标，中点的正常方向，以及和提到的顶点的法向矢量。中点方法可以提高计算机的工作效率，但很容易出错。结果是通过多个均衡进一步细化。首先，体素的交叉点和边缘是由等分确定，然后将其进行精制以进一步直到确定最终位置均衡。具体的计算公式可以表示如下：

如果在点像素一个曾是 那点上的像素c曾是 那b是的中点一个和c，轮廓曲面的阈值为R, 那然后是点的坐标一个曾是 （一个₁那b₁那k₁）和点的坐标c曾是 （一个₂，b₂k₂）， 和 是两个点之间的距离。

２.３.研究对象及分组

选取2017年1月至2019年12月住院的成年ASD合并TR患者100例，均符合以下标准:临床确诊为ASD合并TR的患者;年龄18岁以上，60岁以下;肝肾功能正常的患者;符合咬合指征的患者。排除以下情况:其他类型心脏病患者;精神病患者;高血压、糖尿病患者;艾森曼格综合征患者;接受中医药等其他治疗者;以及依从性差的患者。 All patients participating in the experiment had signed the informed consent forms, and this study was reviewed and approved by the Ethics Committee of the hospital.

在该实验中，基于ASD的大小与大ASD（A组），培养基B组不小于30mm（b）的B组，以及小asd的小组的血管患者进行分组。小于10毫米，不大于30毫米（C组）。

2.4。治疗方法

正确的股动脉和静脉分别被刺穿到6F和7F动静脉护套;用第一剂量的静脉内肝素100u / kg实现全身肝素化（如果操作超过1小时，则应加入初始肝素剂量的一半）。右心是导管的，首先测量右心房，右心室和肺动脉的压力，检测每个部分的血氧饱和度。进一步测量心房隔膜缺陷的形式和尺寸和从缺陷的上边缘到主动脉的右冠状阀的距离。如有必要，进行上升的主动脉造影以确定是否存在主动脉瓣脱垂和反流。基于左心室血管造影的ASD的形式选择血管造影导管，并且导管从股动脉到左心室逆时针旋转，使得ASD的尖端点可以打开。导管缓慢地移动，使得尖端可以跳过对右心室的心室隔膜缺陷，然后固定导管。根据血管造影测量的缺陷直径选择封堵器。通常，封堵器的直径应比血管造影直径大1-2毫米。将合适的封堵器沿递送鞘送到左心室表面，首先释放左心室表面伞。 It was not necessary to adjust the direction for the symmetrical occluder, and the mark of the left ventricular side umbrella of the eccentric occluder should point to the apex so that left ventricular umbrella of the occlude could be close to the interventricular septum. The position of the occluder could be determined through hand feel, fluoroscopy, ultrasound, or even ventriculography. If the position was appropriate and there was no obvious residual shunt displayed by the ultrasound image, the wire was fixed and the long sheath was withdrawn. The right ventricular umbrella of the occlude was released. The left ventricular angiography and ascending aorta angiography were repeated. Contrast and transthoracic ultrasound were adopted to confirm that the occluder was fixed and there was no obvious residual shunt; then the occlude could be completely released. The sheath was removed, the puncture port was pressurized, and then the surgery was completed.

2.5。相关指标的观察

考试前，指导患者不要进食12小时。我f the patient was nervous on the day of the examination, 2.5 mg of diazepam could be taken orally. Before the formal examination, the patient was required to take lidocaine glue orally, so that the oral cavity, pharynx, and esophagus of the patient were anesthetized by the topical anesthetic, so as to reduce and even avoid the response during intubation. The patient was placed in a lateral position, and the examiner stood on the left side of the patient. Dentures (if any) had to be removed before intubation. The patient was required to bite the mouth pad, and the glue was applied on the surface of the transducer. The curved probe was inserted along the middle of the oral tongue base, and moved rapidly after entering the esophagus to reach the middle of the esophagus (about 34 cm). The horizontal and vertical axis of the patient should be examined, respectively.

2.6。统计分析

采用SPSS 22.0软件进行统计分析，计数结果以均数±标准差表示。这t采用测试来比较两组的指标。 被认为具有统计学意义。

结果

３．１．优化前后MC算法数据比较

作为原始数据集进行收集的经电影3D超声心脏图像，以测试传统的MC算法和不同大小的不同大小的优化MC算法，并记录了每个算法的计算时间和构造模型的固定点数的数量比较的。结果如图所示1．在每个数据集，优化的MC算法建立一个模型的固定点的数量比传统的MC算法具有统计学差异的显著以下（ ）;优化后的MC算法运行时间也比传统MC算法大大缩短，且存在统计学差异( ）。

3.2。优化前后MC算法图像的比较

优化之前和之后的MC超声图像显示于图2和3.， 分别。数字2（b）和3（b）分别展示了传统MC算法和优化MC算法构建的三维心脏模型，通过比较发现，两幅超声图像构建的三维心脏模型总体上相似，都能取得较好的效果，优化MC算法能够实现sam与传统的MC算法一样，e算法通过较少的固定点和较短的运行时间来实现。

3.3。对患者的基本信息比较

10.0 patients were included in the experiment, including 56 patients in group A (17 males and 39 females, with an average age of 35.17 ± 5.78 years old), 31 patients in group B (11 males and 20 females, with an average age of 36.45 ± 7.22 years old), and 13 patients in group C (5 males and 8 females, with an average age of 36.14 ± 6.17 years old). Comparison of the above information showed that the difference between the two groups was not statistically meaningful ( ），如图所示4．

3.4。缺陷尺寸到右心房（RA），右心室（RV）和TR的关系

对不同大小缺损患者的平均RA、RV、TR进行统计分析，结果如图所示5．结果:A组患者RA、RV、TR平均分别为51.33±4.55 mm、39.13±5.54 mm、10.54±6.57 mm;B组分别为45.97±6.13 mm、30.54±4.78 mm、6.48±2.98 mm;C组分别为36.11±5.12 mm、20.45±3.44 mm、2.97±1.43 mm。因此，三组RA、RV、TR有统计学差异( ）。

进一步分析了三组患者的RA、RV和TR的相关性，结果如图所示6．

3．5．肺动脉压力与三尖瓣反流的关系

13例ASD患者肺动脉压升高，87例ASD患者肺动脉压正常。将PAP升高患者与PAP正常患者的TRs进行比较，结果如图所示7．与常规PAP的患者相比，升高的PAP患者的TR的量可观察地增加（ ）。

3.6。手术前后患者的三尖瓣反流

仅对A组和B组患者进行手术，比较术前和术后1天患者的TR容积变化情况，结果如图所示8在下面。与术前比较，A、B两组的TR量明显增加，差异有统计学意义( ）。

3.7。手术后不同时间点患者的三尖瓣反流

在第1天检测患者的TR量^圣天，7^th天，1^圣月,3^rd.月和6^th手术后一个月。在图中所示的结果9结果显示，A组和B组患者的总体下降趋势与术后1个月内的明显下降和3个月后的稳定一致。A组和B组患者术后TR的数量没有统计学意义的差异( ），但两组患者在手术前后都出现了相反的情况( ）。

4.讨论

asd是由左心室和患者的rv之间的隔膜的发育不全引起的。房室化隔膜具有导致先天性疾病的缺陷，其中血流连接[11.］.在正常情况下，左心房压力比右心房大。当患者出现ASD，在房室隔，血液会从左边到右边，引起肺循环血量增加，肺血量长期增加会引起肺循环血量超过容量流肺血管床，在体内引起不可逆电阻肺动脉高压。的性肺动脉高压的进一步发展会导致双向分流在心房水平，甚至右向左分流，并最终发展为艾森曼格综合征12.那13.］.因此，早期发现和治疗具有重要意义。本实验采用基于优化MC算法的图像对本研究患者的超声图像进行评价。研究发现，传统MC算法构建的超声心脏三维模型精度高，但运行时间长。在此基础上，本实验构建的优化MC算法可以实现相同的配置模型，缩短模型构建时间。优化后的MC算法整体效率提高了20%左右。与二维数字图像相比，三维模型能更直接、全面地呈现物体的空间信息，重建的血管三维模型更有利于疾病的诊断。

Manuel等人。（2017）显示在研究中，大多数成年患者有不同程度的TR，中度至严重TR的患者占总数的20％[14.］.在本实验中，术前TR量超过25 mL的患者有12例，未见TR量超过50 mL的患者。一方面，这一结果与样本数量少有关。另一方面，Geggel(2017)发现人们对ASD等先天性疾病的认识逐渐提高，通过及时治疗，疾病可以在早期得到控制[15.］.在这个阶段，TR的机制尚未完全清除。哈日等。（2015）在文献中提出，三尖瓣环膨胀可以是用于TR [最重要的因素16.］.CUA等。（2017）进一步提出，RV的几何构型的变化，RV通过重塑肺动脉高血压，和三尖瓣环扩张引起为TR [的主要原因17.］.本研究结果表明，ASD患者的TR量和闭塞后TR量明显增加( ），和闭塞曾与大中ASD对患者的影响。此外，TR的患者ASD量做了手术后一天观察地增加;在3的改善效果逐渐稳定^rd.月随时间的增加。术前联合TR在3个月内可大大增加，形成稳定状态，这与Astarcioglu等(2015)的报道吻合，即缺陷闭塞后心脏重塑可迅速停止[18.］.通过Henzel等人的研究。（2018）表明，心室重构的50％ASD阻塞后24小时之内发生在手术后，和90％的可被1个月后完成。TR可能由于手术后下降的负载对RV降低[19.］.

结论

该MC算法进行了探讨和优化，以获得优化的MC算法，并成功构建了三维心脏模型。闭塞的患者ASD和TR的疗效进行进一步的研究，结果表明，TR患者大中ASD量已经闭塞后陡增。不过，这项研究只集中在心脏超声图像进行算法的研究。无论算法是其他超声图像有用不得不在未来进一步探讨。此外，探索样品太少，并与小ASD谁也不需要闭塞的患者没有研究，其中有向纵深进一步研究在未来。综上所述，本研究结果可为临床治疗ASD与TR结合提供了可靠依据。

数据可用性

没有数据支持本研究。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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