Deep Learning-based Framework for Segmentation and Motion Tracking of Left Ventricle in 3D Echocardiography

基于深度学习的 3D 超声心动图左心室分割和运动跟踪框架

基本信息

  • 批准号:
    10666687
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Coronary artery disease remains the leading cause of death around the world. Acute myocardial infarction (MI) causes regional dysfunction which places remote areas of the heart at a mechanical disadvantage resulting in long term adverse left ventricular (LV) remodeling and complicated congestive heart failure (CHF). Stress echocardiography is currently the clinically established, cost-effective 2D imaging technique for detecting and characterizing myocardial injury by imaging the left ventricle at rest and after either exercise or pharmacologically-induced stress to reveal ischemia and/or infarct. However, the inherent limitations of a 2D echocardiography make it difficult to characterize the whole 3D volume of ischemic/infarct zone, and the qualitative assessment of wall-motion abnormality to characterize myocardial deformation leads to variability among experts. Although 3D echocardiography has potential to address the limitations of 2D imaging, it is not widely accepted in standard clinical use due to the low signal-to-noise ratio (SNR). With the recent advancements in deep learning algorithms, many segmentation and registration tasks have achieved near expert level accuracy. Also, previous works have shown the utility of strain analysis as a way to quantify the degree of wall-motion abnormality in cardiac imaging modalities. Still, many of the current deep learning frameworks focus largely on intensity-based features which are still difficult to train on 3D echocardiography datasets, which in turn leads to poor strain analysis. Thus, in this fellowship, I propose to develop novel data-driven neural network models specifically tailored to 3D echocardiography to improve segmentation and motion tracking of left ventricle in order to achieve full 3D cardiac strain analysis. My first aim is to develop a multi-frame attention-based neural network to exploit the spatiotemporal features of the echocardiography dataset to improve 3D segmentation of left ventricle. This method will take advantage of the inter-frame spatiotemporal features to augment the relevant feature extractions for segmentation. My second aim is to develop a registration neural network in 3D echocardiography by combining intensity-based features and surface-curvature bending energy to improve the motion tracking of left ventricle. This neural network will build upon the accurate segmentations from the first aim to include unique curvature energy features at the boundaries to enhance tracking accuracy at all areas of the myocardium. The improved motion tracking will be used to calculate strain for detection of full 3D ischemic/infarct zones. In summary, this research will provide an objective, quantitative tools for characterizing wall-motion abnormality with strain analysis in 3D echocardiography.
项目概要/摘要 冠状动脉疾病仍然是世界各地死亡的主要原因。急性心肌梗塞(MI) 导致区域功能障碍,使心脏的偏远区域处于机械劣势,从而导致 长期不良左心室(LV)重构和复杂的充血性心力衰竭(CHF)。压力 超声心动图是目前临床上建立的、具有成本效益的二维成像技术,用于检测和 通过对静息时和运动后或运动后的左心室进行成像来表征心肌损伤 药理学诱导的应激以揭示缺血和/或梗塞。然而,2D 的固有局限性 超声心动图很难表征缺血/梗塞区的整个 3D 体积,并且 对室壁运动异常进行定性评估以表征心肌变形会导致变异 专家之中。尽管 3D 超声心动图有潜力解决 2D 成像的局限性,但它并不能 由于信噪比(SNR)低,在标准临床应用中被广泛接受。随着最近的进展 在深度学习算法中,许多分割和配准任务已经达到了接近专家级的精度。 此外,之前的工作已经展示了应变分析作为量化壁运动程度的方法的实用性 心脏影像学异常。尽管如此,当前的许多深度学习框架主要集中在 基于强度的特征仍然难以在 3D 超声心动图数据集上进行训练,这反过来又导致 应变分析不佳。因此,在本次研究金中,我建议开发新颖的数据驱动神经网络模型 专为 3D 超声心动图量身定制,以改善左心室的分割和运动跟踪,以便 实现完整的 3D 心脏应变分析。我的第一个目标是开发一种基于多帧注意力的神经网络 网络利用超声心动图数据集的时空特征来改进 3D 左心室的分割。该方法将利用帧间时空特征 增强分割的相关特征提取。我的第二个目标是开发一个配准神经网络 通过结合基于强度的特征和表面曲率弯曲来构建 3D 超声心动图网络 能量以改善左心室的运动跟踪。该神经网络将建立在准确的 分割的第一个目标是在边界处包含独特的曲率能量特征,以增强 追踪心肌所有区域的准确性。改进的运动跟踪将用于计算应变 用于检测完整的 3D 缺血/梗塞区域。总而言之,本研究将提供一个客观的、定量的 通过 3D 超声心动图应变分析来表征室壁运动异常的工具。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Shawn Ahn其他文献

Shawn Ahn的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Shawn Ahn', 18)}}的其他基金

Deep Learning-based Framework for Segmentation and Motion Tracking of Left Ventricle in 3D Echocardiography
基于深度学习的 3D 超声心动图左心室分割和运动跟踪框架
  • 批准号:
    10563111
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
Deep Learning-based Framework for Segmentation and Motion Tracking of Left Ventricle in 3D Echocardiography
基于深度学习的 3D 超声心动图左心室分割和运动跟踪框架
  • 批准号:
    10231860
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:

相似国自然基金

雅解毫命通过“肝-心轴”调控PI3K-Akt通路减轻急性心肌梗死的作用及机制研究
  • 批准号:
    82360839
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
微塑料通过下调细胞外囊泡的RN7SL1调控急性心肌梗死免疫微环境的机制研究
  • 批准号:
    82370349
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向多重急性心肌梗死生物标志物现场快速检测的干式免疫闭合式双极电化学发光传感技术的研究
  • 批准号:
    32371554
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Trim28调控ALDH2翻译后修饰在急性心肌梗死中的作用及机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
ALOX5-5-HETE介导铁死亡在急性心肌梗死残余炎症的机制研究
  • 批准号:
    82300373
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Nanowired humam cardiac organoid derived exosomes for heart repair
纳米线人类心脏类器官衍生的外泌体用于心脏修复
  • 批准号:
    10639040
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
Endothelial Cell Respiration in Atherosclerotic Plaque Erosion
动脉粥样硬化斑块糜烂中的内皮细胞呼吸
  • 批准号:
    10586227
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
Methods for Fast and Efficient Oxygen Imaging
快速高效的氧气成像方法
  • 批准号:
    10698818
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
Brain-immune crosstalk in myocardial infarction
心肌梗塞中的脑免疫串扰
  • 批准号:
    10637807
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
Motion-Resistant Background Subtraction Angiography with Deep Learning: Real-Time, Edge Hardware Implementation and Product Development
具有深度学习的抗运动背景减影血管造影:实时、边缘硬件实施和产品开发
  • 批准号:
    10602275
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.04万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了