心肌應變定量是評估心臟收縮功能、早期識別心肌病變的重要指標，與射血分數相比，心肌應變對局部功能異常更為敏感，能早期發現心肌功能障礙。臨床常規 Cine MRI 通常同時采集短軸與長軸序列，為開展四維心肌應變測量提供了基礎。但其心肌對比度和紋理信息有限且心動周期內形變幅度大，多次屏氣采集還易引入層間錯位與心動相位不一致，使現有方法難以穩定獲得時空一致和生理合理的四維應變結果。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱“深圳先進院”）醫學成像科學與技術系統全國重點實驗室胡戰利研究員與中國醫學科學院腫瘤醫院深圳醫院羅德紅主任團隊、深圳市寶安區松崗人民醫院梁久平主任團隊合作，提出了一種從常規心臟磁共振電影成像（Cine MRI）中提取四維（3D+時間）心肌力學參數的創新框架，在技術上為穩定重建時空一致的心肌應變提供了方法基礎，在臨床上為心肌病早篩、分型與隨訪提供了更可靠的定量支撐。相關成果以"Unlocking 2D/3D+T myocardial mechanics from cine MRI: a mechanically regularized space-time finite element correlation framework"為題，發表在醫學圖像分析領域TOP期刊Medical Image Analysis上。

針對上述問題，研究團隊在數字體圖像相關理論基礎上，構建了面向 Cine MRI 的時空一體化心肌運動定量框架（圖1）。該框架以有限元形函數表征心肌位移場，通過全局相關優化保證空間連續性并引入符合生理特性的力學約束以抑制噪聲放大和非物理形變；同時結合基于奇異值分解（SVD）的數據驅動時空模態分解策略，在保持時間連續性的同時顯著降低計算復雜度，實現了從常規 Cine MRI 到心肌運動場與應變場的統一求解。

研究團隊在合成數據集、三個國際公開數據集以及真實臨床數據集上對該方法進行了系統驗證，并與兩種經典配準方法及四種主流深度學習模型進行了全面對比。結果顯示所提出方法在多項定量與任務型指標上，均整體優于對比方法并可穩定得到高時空一致的四維心肌應變可視化結果，增強了對心肌運動與功能變化的直觀表征能力（圖2）。進一步地，研究團隊基于該框架對五種不同心肌病人群開展了心肌應變量化比較分析，為不同病理狀態下的功能差異提供了更一致、更可靠的定量表征。

深圳先進院胡戰利研究員、中國醫學科學院腫瘤醫院深圳醫院羅德紅主任和深圳市寶安區松崗人民醫院梁久平主任為論文的共同通訊作者。深圳先進院與中國醫學科學院腫瘤醫院深圳醫院聯培博士后劉海洲、深圳市寶安區松崗人民醫院醫生覃雪玲、中國醫學科學院腫瘤醫院深圳醫院副主任醫師劉周為論文的共同第一作者。該研究工作得到了國家重點研發計劃以及廣東省自然科學基金卓越青年團隊等項目的資助。

圖1：面向磁共振電影成像的時空一體化4D心肌運動定量框架

圖2: 不同心肌?。ㄕ！U張型、肥厚型）的應變場可視化及應變曲線對比