在心臟計算機(jī)斷層掃描（ CT ）成像中，獲取心臟及其血管的清晰診斷圖像是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樾呐K總是在運(yùn)動，結(jié)果圖像可能會模糊。當(dāng)心臟快速跳動，每分鐘 75 次以上或不規(guī)則跳動時，良好的圖像分辨率幾乎是不可能的。

全球診斷成像領(lǐng)導(dǎo)者 Fujifilm Healthcare 開發(fā)了 Cardio StillShot軟件，該軟件使用 NVIDIA GPU ，并與現(xiàn)有的全身 X 射線 CT 系統(tǒng) SCENARIA View 集成，可在任何心率下進(jìn)行精確的心臟成像。該軟件無需高速旋轉(zhuǎn)掃描儀即可改善診斷成像。此外，通過檢測心臟運(yùn)動并通過運(yùn)動校正防止圖像模糊， Cardio StillShot 的時間分辨率比傳統(tǒng)圖像重建方法高出 6 倍以上。

清晰的心臟 CT 圖像有助于臨床團(tuán)隊(duì)無創(chuàng)地觀察冠狀動脈、主動脈瓣和心肌等結(jié)構(gòu)，并診斷心力衰竭、心肌病和結(jié)構(gòu)異常等心臟問題。

心血管疾病發(fā)病率和無創(chuàng)診斷工具

心血管疾?。?CVD ）是全球主要的死亡原因。根據(jù) WHO ， 2019 年估計有 1790 萬人死于心血管疾病，占全球死亡人數(shù)的 32% 。在這些死亡中， 85% 是由于心臟病發(fā)作和中風(fēng)。冠狀動脈 CT 血管造影（ CCTA ）等成像技術(shù)是一種廣泛使用的無創(chuàng)性診斷工具，可用于早期評估患者的心血管疾病風(fēng)險。

CCTA 有助于識別冠狀動脈中的斑塊沉積，為心臟提供氧氣和營養(yǎng)。斑塊是脂肪、膽固醇和其他物質(zhì)在動脈壁上的堆積，導(dǎo)致流向心臟的血液收縮。

及早發(fā)現(xiàn)斑塊堆積有助于預(yù)防心臟病發(fā)作。在 ECG 門控心臟 CT 中， X 射線圖像是在心臟期獲得的，幾乎沒有心臟運(yùn)動，或者使用多個樣本進(jìn)行圖像重建，以創(chuàng)建冠狀動脈的靜態(tài)圖像。

高心率時的成像困難

心率高或心率不規(guī)則的患者需要像其他患者一樣進(jìn)行掃描。不幸的是，在這種情況下，掃描儀很難獲得清晰的診斷圖像。 心率為每分鐘 60-75 次（ BPM ）時，有足夠的時間在兩次心跳之間拍攝圖像。但是，當(dāng)心率上升到 75 BPM 以上時，成像時間窗口變得太短，導(dǎo)致圖像模糊。冠狀動脈的詳細(xì)成像需要高時間分辨率。

Cardio StillShot 的開發(fā)目的是通過檢測和糾正心臟運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)高時間分辨率，即使患者的心率很高，也不會使用β受體阻滯劑或其他藥物來降低心率。

從 CPU 過渡到 GPU 以發(fā)展有氧靜坐

心臟靜像圖像重建軟件解決了時間分辨率的傳統(tǒng)問題。此前，富士膠片醫(yī)療公司使用 CPU 重建圖像并消除模糊。然而， CPU 不再是有氧靜態(tài)拍攝的可行選項(xiàng)，因?yàn)槊繌垐D像所需的計算量增加了 10 倍。 Fujifilm Healthcare 過渡到 NVIDIA GPU 和 NVIDIA 軟件，以開發(fā)有氧靜像。通過 NVIDIA RTX A6000 GPU 計算性能達(dá)到 77 TFLOPS ，有助于計算運(yùn)動矢量場（ MVF ），從而獲得清晰的圖像供臨床使用。 Fujifilm Healthcare 還使用了 NVIDIA 軟件堆棧和工具，包括 NVIDIA OpticalFlow SDK 來估計像素級運(yùn)動， CUDA 用于加速計算， NVIDIA Nsight Compute 來優(yōu)化性能。

探索 4D 運(yùn)動矢量場以提高圖像清晰度

Fujifilm Healthcare 使用 4D MVF 來估計 CCTA 圖像中的運(yùn)動。 MVF 方法自動跟蹤和校正心臟的運(yùn)動，從而獲得更清晰的圖像。改進(jìn)是時間分辨率提高了 6.25 倍，從標(biāo)準(zhǔn)重建中的 175 毫秒時間分辨率提高到使用 Cardio StillShot 軟件時的 28 毫秒。使用 NVIDIA GPU ，只需 30 秒即可重建清晰的心臟視圖。

加速計算為現(xiàn)有掃描儀增加了高級功能

對于 Fujifilm Healthcare ，使用加速計算改變了 CT 設(shè)計的系統(tǒng)性能和成本。通常，高性能功能需要昂貴的設(shè)計和制造升級。 Fujifilm Healthcare 與 NVIDIA GPU 合作打破了這一趨勢，通過軟件增強(qiáng)為掃描儀添加了高級功能。將 GPU 加速度添加到靜態(tài)快照圖像重建軟件中，可以提高現(xiàn)有 CT 掃描儀的心臟圖像質(zhì)量，時間分辨率超過 6 倍。 Cardio StillShot 軟件在 Fujifilm Healthcare 最新型號的 SCENARIA View 上運(yùn)行。

關(guān)于作者

Vanessa Braunstein 在 NVIDIA 的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)從事產(chǎn)品營銷工作。此前，她在基因組學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、制藥、化學(xué)和診斷公司從事產(chǎn)品開發(fā)和營銷。她學(xué)習(xí)分子和細(xì)胞生物學(xué)、公共衛(wèi)生和商業(yè)。

Marc Edgar 是 NVIDIA 的醫(yī)療設(shè)備高級聯(lián)盟經(jīng)理，幫助各種規(guī)模的醫(yī)療保健公司發(fā)展，以提高質(zhì)量、可負(fù)擔(dān)性和獲得醫(yī)療保健的機(jī)會。在加入 NVIDIA 之前，他在 General Ele CTR ic 工作了超過 25 年。他開發(fā)并商業(yè)化了許多 AI / ML 算法，并在醫(yī)療保健和工業(yè)領(lǐng)域擁有 16 項(xiàng)專利。

審核編輯：郭婷