在心臟計(jì)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(dòng)，結(jié)果圖像可能會(huì)模糊。當(dāng)心臟快速跳動(dòng)，每分鐘 75 次以上或不規(guī)則跳動(dòng)時(shí)，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(kāi)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(wú)需高速旋轉(zhuǎn)掃描儀即可改善診斷成像。此外，通過(guò)檢測(cè)心臟運(yùn)動(dòng)并通過(guò)運(yùn)動(dòng)校正防止圖像模糊， Cardio StillShot 的時(shí)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(wú)創(chuàng)地觀察冠狀動(dòng)脈、主動(dòng)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(wèn)題。

心血管疾病發(fā)病率和無(wú)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(jì)有 1790 萬(wàn)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(dòng)脈 CT 血管造影（ CCTA ）等成像技術(shù)是一種廣泛使用的無(wú)創(chuàng)性診斷工具，可用于早期評(píng)估患者的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。

CCTA 有助于識(shí)別冠狀動(dòng)脈中的斑塊沉積，為心臟提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)。斑塊是脂肪、膽固醇和其他物質(zhì)在動(dòng)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(méi)有心臟運(yùn)動(dòng)，或者使用多個(gè)樣本進(jìn)行圖像重建，以創(chuàng)建冠狀動(dòng)脈的靜態(tài)圖像。

高心率時(shí)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(shí)，有足夠的時(shí)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(shí)，成像時(shí)間窗口變得太短，導(dǎo)致圖像模糊。冠狀動(dòng)脈的詳細(xì)成像需要高時(shí)間分辨率。

Cardio StillShot 的開(kāi)發(fā)目的是通過(guò)檢測(cè)和糾正心臟運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率，即使患者的心率很高，也不會(huì)使用β受體阻滯劑或其他藥物來(lái)降低心率。

從 CPU 過(guò)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(shí)間分辨率的傳統(tǒng)問(wèn)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(jì)算量增加了 10 倍。 Fujifilm Healthcare 過(guò)渡到 NVIDIA GPU 和 NVIDIA 軟件，以開(kāi)發(fā)有氧靜像。通過(guò) NVIDIA RTX A6000 GPU 計(jì)算性能達(dá)到 77 TFLOPS ，有助于計(jì)算運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)（ 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(lái)估計(jì)像素級(jí)運(yùn)動(dòng)， CUDA 用于加速計(jì)算， NVIDIA Nsight Compute 來(lái)優(yōu)化性能。

探索 4D 運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)以提高圖像清晰度

Fujifilm Healthcare 使用 4D MVF 來(lái)估計(jì) CCTA 圖像中的運(yùn)動(dòng)。 MVF 方法自動(dòng)跟蹤和校正心臟的運(yùn)動(dòng)，從而獲得更清晰的圖像。改進(jìn)是時(shí)間分辨率提高了 6.25 倍，從標(biāo)準(zhǔn)重建中的 175 毫秒時(shí)間分辨率提高到使用 Cardio StillShot 軟件時(shí)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(jì)算為現(xiàn)有掃描儀增加了高級(jí)功能

對(duì)于 Fujifilm Healthcare ，使用加速計(jì)算改變了 CT 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能和成本。通常，高性能功能需要昂貴的設(shè)計(jì)和制造升級(jí)。 Fujifilm Healthcare 與 NVIDIA GPU 合作打破了這一趨勢(shì)，通過(guò)軟件增強(qiáng)為掃描儀添加了高級(jí)功能。將 GPU 加速度添加到靜態(tài)快照?qǐng)D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(shí)間分辨率超過(guò) 6 倍。 Cardio StillShot 軟件在 Fujifilm Healthcare 最新型號(hào)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(yíng)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(kāi)發(fā)和營(yíng)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(jí)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(huì)。在加入 NVIDIA 之前，他在 General Ele CTR ic 工作了超過(guò) 25 年。他開(kāi)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