Methods for quantitative analysis of myocardial perfusion SPECT : validated with magnetic resonance imaging, phantom studies and expert readers
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Denna avhandling presenterar nya metoder för att analysera bilder på hjärtat för att utesluta eller bekräfta kranskärlssjukdom. Hjärtat har en livsviktig uppgift, att pumpa runt blodet för att förse alla kroppens organ med energi och syre. Vid förträngningar i kärlen som försörjer hjärtmuskeln med blod (kranskärlen) uppkommer ett tillstånd som kallas ischemisk hjärtsjukdom. Detta är ett livshotande tillstånd med nedsatt blodförsörjning av hjärtmuskeln som leder till att hjärtats pumpförmåga försämras. Ischemisk hjärtsjukdom utgör en av de vanligast förekommande sjukdomarna i västvärlden och blir allt vanligare med den ökande medellivslängden. Sjukdomen går att behandla om diagnos ställs och korrekt behandling sätts in i tid. Myokardscintigrafi är en diagnosmetod med hög noggrannhet för att undersöka förekomsten och storleken av områden i hjärtmuskeln med nedsatt blodförsörjning. Denna metod kan även användas för att utvärdera en behandlingsform genom att jämföra storleken av det drabbade området i hjärtat före och efter behandlingen.
Vid myokardscintigrafi används en gammakamera som avbildar hjärtmuskelns blodförsörjning efter att en radioaktiv substans har injicerats i blodet. Friska områden av hjärtmuskeln tar upp mer av den radioaktiva substansen än områden med nedsatt blodförsörjning. Via analys av bilderna kan därmed områden med nedsatt blodförsörjning, så kallade perfusionsdefekter, identifieras och mätas. Bildtagningen sker vid två olika tillfällen, under vila och under arbete. De två olika bildserierna kan sedan jämföras med varandra för att utreda om perfusionsdefekten är kronisk eller arbetsutlöst. Klassificeringen tillsammans med pefusionsdefektens storlek ligger sedan till grund för diagnos och eventuell behandling.
Bilderna som genereras med myokardscintigrafi kan vara svåranalyserade och kräver därmed att läkaren som ska tolka dem har stor erfarenhet inom området. Genom att använda datorprogram i analysen kan den göras snabbare, med högre reproducerbarhet och potentiellt med högre kvalité. Syftet med denna avhandling var att utveckla ett nytt datorprogram för analys av myokardscintigrafibilder. Programmet ska avgränsa och volymsbestämma hjärtmuskulaturen, blodet som omsluts av hjärtmuskulaturen, och perfusionsdefekter i hjärtmuskulaturen. Målet var att programmet skulle resultera i hög överensstämmelse med referensmetoderna, och vara lättanvänt och flexibelt för att kunna anpassas till olika frågeställningar inom forskningen på ischemisk hjärtsjukdom.
De svårigheter som kan påträffas vid analys av myokardscintigrafibilder är brus i bilderna, irrelevant information från andra organ i bilden, låg upplösning i bilderna, och avsaknad av information i bilderna på grund av perfusionsdefekter. Datorprogrammet som utvecklats i denna avhandling försöker överkomma dessa svårigheter genom att komplettera informationen i bilderna med matematiska metoder och kunskap om hjärtats anatomi. De matematiska metoderna innebär att använda modeller och regler för att fylla i informationsluckor i bilderna och sortera ut relevant bildinformation för att hjälpa till att hitta de ytor som avgränsar olika strukturer i bilden, och att därefter jämna till ytorna. Den anatomiska informationen tillför begränsningar som kontrollerar att de avgränsade volymerna är fysiologiskt rimliga. Genom träning lär sig sedan datorn att identifiera hjärtmuskeln i bilden, och att urskilja perfusionsdefekter i hjärtmuskeln.
Datorprogrammet som utvecklats i denna avhandling är utvärderat på ett stort antal patienter. Resultaten visar på bra överensstämmelse med experters mätningar med avseende på hjärtats blod- och muskelvolym samt storleken av akuta perfusionsdefekter. Vid jämförelse med resultat från andra kommersiella analysprogram för myokardscintigrafi, hade det nya datorprogrammet bäst överensstämmelse med experters tolkningar. Resultaten visar även att datorprogrammet kan tränas till att detektera och mäta kroniska och arbetsutlösta perfusionsdefekter med hög noggrannhet. Sammanfattningsvis kan det föreslagna datorprogrammet användas i myokardscintigrafibilder för att mäta hjärtats muskelvolym, storleken av akuta perfusionsdefekter, samt förekomst och svårighetsgrad av kroniska och arbetsutlösta perfusiondefekter.
Denna avhandling presenterar nya metoder för att analysera bilder på hjärtat för att utesluta eller bekräfta kranskärlssjukdom. Hjärtat har en livsviktig uppgift, att pumpa runt blodet för att förse alla kroppens organ med energi och syre. Vid förträngningar i kärlen som försörjer hjärtmuskeln med blod (kranskärlen) uppkommer ett tillstånd som kallas ischemisk hjärtsjukdom. Detta är ett livshotande tillstånd med nedsatt blodförsörjning av hjärtmuskeln som leder till att hjärtats pumpförmåga försämras. Ischemisk hjärtsjukdom utgör en av de vanligast förekommande sjukdomarna i västvärlden och blir allt vanligare med den ökande medellivslängden. Sjukdomen går att behandla om diagnos ställs och korrekt behandling sätts in i tid. Myokardscintigrafi är en diagnosmetod med hög noggrannhet för att undersöka förekomsten och storleken av områden i hjärtmuskeln med nedsatt blodförsörjning. Denna metod kan även användas för att utvärdera en behandlingsform genom att jämföra storleken av det drabbade området i hjärtat före och efter behandlingen.
Vid myokardscintigrafi används en gammakamera som avbildar hjärtmuskelns blodförsörjning efter att en radioaktiv substans har injicerats i blodet. Friska områden av hjärtmuskeln tar upp mer av den radioaktiva substansen än områden med nedsatt blodförsörjning. Via analys av bilderna kan därmed områden med nedsatt blodförsörjning, så kallade perfusionsdefekter, identifieras och mätas. Bildtagningen sker vid två olika tillfällen, under vila och under arbete. De två olika bildserierna kan sedan jämföras med varandra för att utreda om perfusionsdefekten är kronisk eller arbetsutlöst. Klassificeringen tillsammans med pefusionsdefektens storlek ligger sedan till grund för diagnos och eventuell behandling.
Bilderna som genereras med myokardscintigrafi kan vara svåranalyserade och kräver därmed att läkaren som ska tolka dem har stor erfarenhet inom området. Genom att använda datorprogram i analysen kan den göras snabbare, med högre reproducerbarhet och potentiellt med högre kvalité. Syftet med denna avhandling var att utveckla ett nytt datorprogram för analys av myokardscintigrafibilder. Programmet ska avgränsa och volymsbestämma hjärtmuskulaturen, blodet som omsluts av hjärtmuskulaturen, och perfusionsdefekter i hjärtmuskulaturen. Målet var att programmet skulle resultera i hög överensstämmelse med referensmetoderna, och vara lättanvänt och flexibelt för att kunna anpassas till olika frågeställningar inom forskningen på ischemisk hjärtsjukdom.
De svårigheter som kan påträffas vid analys av myokardscintigrafibilder är brus i bilderna, irrelevant information från andra organ i bilden, låg upplösning i bilderna, och avsaknad av information i bilderna på grund av perfusionsdefekter. Datorprogrammet som utvecklats i denna avhandling försöker överkomma dessa svårigheter genom att komplettera informationen i bilderna med matematiska metoder och kunskap om hjärtats anatomi. De matematiska metoderna innebär att använda modeller och regler för att fylla i informationsluckor i bilderna och sortera ut relevant bildinformation för att hjälpa till att hitta de ytor som avgränsar olika strukturer i bilden, och att därefter jämna till ytorna. Den anatomiska informationen tillför begränsningar som kontrollerar att de avgränsade volymerna är fysiologiskt rimliga. Genom träning lär sig sedan datorn att identifiera hjärtmuskeln i bilden, och att urskilja perfusionsdefekter i hjärtmuskeln.
Datorprogrammet som utvecklats i denna avhandling är utvärderat på ett stort antal patienter. Resultaten visar på bra överensstämmelse med experters mätningar med avseende på hjärtats blod- och muskelvolym samt storleken av akuta perfusionsdefekter. Vid jämförelse med resultat från andra kommersiella analysprogram för myokardscintigrafi, hade det nya datorprogrammet bäst överensstämmelse med experters tolkningar. Resultaten visar även att datorprogrammet kan tränas till att detektera och mäta kroniska och arbetsutlösta perfusionsdefekter med hög noggrannhet. Sammanfattningsvis kan det föreslagna datorprogrammet användas i myokardscintigrafibilder för att mäta hjärtats muskelvolym, storleken av akuta perfusionsdefekter, samt förekomst och svårighetsgrad av kroniska och arbetsutlösta perfusiondefekter.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2012
Språk
Engelska
Publikation/Tidskrift/Serie
Doctoral Theses in Mathematical Sciences
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Centre for Mathematical Sciences, Lund University
Ämne
- Mathematics
Nyckelord
- Segmentation
- Quantification
- Spline
- Image registration
- Cardiac image analysis
- Myocardial perfusion SPECT
Status
Published
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1404-0034
- ISBN: 978-91-7473-285-6
Försvarsdatum
30 mars 2012
Försvarstid
09:15
Försvarsplats
MH:B Matematikcentrum
Opponent
- S. Richard Underwood (Professor)