用于四维血流和高维磁共振图像可视化、量化与分析的开源框架

背景：四维（4D）血流心血管磁共振（CMR）可采集心动周期内的三维解剖结构与血流速度，但当前的后处理软件为闭源、跨平台差异大，且游离于开源图像计算框架之外。我们在 SlicerHeart（3D Slicer 的扩展模块）中开发了一个开源框架，用于 4D 血流及其他高维 CMR 的导入、可视化与定量分析。方法：Import 4D Flow 读取厂商 DICOM 数据，执行预处理，并将速度存储为时间分辨的矢量场；Analyze 4D Flow 提供测量平面、流线及类多普勒可视化、分割传播与定量分析。在两者底层，我们扩展了 Insight Toolkit，使其能够存储五维及更高维数组。我们在 13 例先天性心脏病患者的 108 对配对感兴趣区中，将血流定量结果与商业软件包（cvi42）及 2D 相位对比进行了比较（Bland-Altman 分析与组内相关系数，ICC）。共识推荐的处理方法也被实现为一个开源库，并配有由解析体模、CFD 体模及临床采集数据组成的自动化测试套件。结果：这些模块与 3D Slicer 的分割、配准和渲染工具集成，并可导出速度场与几何结构用于计算建模。与 cvi42 的一致性很高：前向容积偏差 -0.1 mL（95% 一致性界限 2.2 至 -2.3；ICC 0.997），每分钟有效容积偏差 -0.015 L/min（0.21 至 -0.24；ICC 0.994）。与 2D 相位对比相比，前向容积偏差（-2.2 mL）与平均绝对百分比误差（21.8%）与 cvi42 相当（-2.1 mL；21.3%）。结论：这一开放、可扩展的框架将 4D 血流 CMR 引入了一个成熟的图像计算生态系统，并与商业参考软件高度一致；每一步均可被检查、复现与改进。

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