Artikel des Tages: A dynamic elastic model for segmentation and tracking of the heart in MR image sequences

Heute mal wieder ein Artikel zur Herzbildgebung.

Die Autoren Joël Schaerer, Christopher Casta, Jérôme Pousin und Patrick Clarysse fassen in ihrem Artikel den bisherigen Kenntnisstand zur Bildanalyse in der Herz-MRT zusammen und stellen eine neue Methodik für die Segmentierung und Bewegungsverfolgung bei Herzuntersuchungen vor. Dabei greifen sie die Methode der deformierbaren elastischen Vorlage (deformable elastic template) zurück, die sie um eine zeitliche Dimension erweitern. Dadurch soll das Modell robuster und eine gleichzeitige Auswertung aller zeitlichen Frames möglich werden.

Aus dem Abstract:

Strong prior models are a prerequisite for reliable spatio-temporal cardiac image analysis. While several cardiac models have been presented in the past, many of them are either too complex for their parameters to be estimated on the sole basis of MR Images, or overly simplified. In this paper, we present a novel dynamic model, based on the equation of dynamics for elastic materials and on Fourier filtering. The explicit use of dynamics allows us to enforce periodicity and temporal smoothness constraints. We propose an algorithm to solve the continuous dynamical problem associated to numerically adapting the model to the image sequence. Using a simple 1D example, we show how temporal filtering can help removing noise while ensuring the periodicity and smoothness of solutions. The proposed dynamic model is quantitatively evaluated on a database of 15 patients which shows its performance and limitations. Also, the ability of the model to capture cardiac motion is demonstrated on synthetic cardiac sequences. Moreover, existence, uniqueness of the solution and numerical convergence of the algorithm can be demonstrated.

Der Artikel erscheint in der Dezemberausgabe der Zeitschrift Medical Image Analysis (Volume 14, Issue 6, Seiten 738-749).

Artikel des Tages: Investigating the predictive value of whole-brain structural MR scans in autism: A pattern classification approach

Der heutige Artikel liegt mir aus persönlichen Gründen besonders am Herzen.

Die AutorInnen stellen in ihrer Veröffentlichung ein Schema zur Früherkennung von Autismus mittels Magnetresonanztomographie vor. In einer Studie wurden diagnostizierte Autisten und zwei Kontrollgruppen mit symptomatisch ähnlichen Störungen (ADHS) bzw. ohne Störungen auf strukturelle Veränderungen im Gehirn untersucht. Dabei ergab sich offenbar eine signifikante Korrelation zwischen den Veränderungen im Gehirn der autistischen Probanden und der Schwere der autistischen Symptomatik.

Erschienen ist der Artikel im Januar 2010 in Volume 49 der Zeitschrift NeuroImage, Issue 1, Seiten 44-56.

Artikel des Tages: High resolution lung airway cast segmentation with proper topology suitable for computational fluid dynamic simulations

Nach langer Abstinenz melde ich mich auch hier mal wieder, mit einem Artikel über MRT an der Lunge, der im Oktober 2010 in der Zeitschrift Computerized Medical Imaging and Graphics erschienen ist (Volume 34, Issue 7, Seiten 572-578).
Aus Zeitgründen nur mit Abstract:

Developing detailed lung airway models is an important step towards understanding the respiratory system. While modern imaging and airway casting approaches have dramatically improved the potential detail of such models, challenges have arisen in image processing as the demand for greater detail pushes the image processing approaches to their limits. Airway segmentations with proper topology have neither loops nor invalid voxel-to-voxel connections. Here we describe a new technique for segmenting airways with proper topology and apply the approach to an image volume generated by magnetic resonance imaging of a silicone cast created from an excised monkey lung.

Artikel des Tages: Twenty-five Pitfalls in the Analysis of Diffusion MRI Data

Ich bleibe beim Thema Diffusions-MRT.

Die Autoren Derek K. Jones (Cardiff University Brain Research Imaging Centre CUBRIC, School of
Psychology, Cardiff) und Mara Cercignani (Neuroimaging Laboratory, Santa Lucia Foundation, IRCCS, Rom) schreiben im Abstract ihres im August 2010 in der Zeitschrift NMR in Biomedicine (Volume 23, Issue 7, Seiten 803–820) erschienenen Artikels:

Die Gewinnung zuverlässiger Daten und das Ziehen sinnvoller und robuster Rückschlüsse aus der Diffusions-MRT kann herausfordernd wirken und ist mit vielen Fallstricken behaftet. Der Prozeß der Quantifizierung der Diffusionsindizes und die anschließenden Vergleiche dieser Indizes bei Gruppen von Proben und/oder der Korrelierung der Indizes mit anderen Parametern beginnt bei der Aufnahme der Rohdaten, gefolgt von einer langen Abfolge bildverarbeitender Schritte. Jeder dieser Schritte reagiert empfindlich auf Störungsquellen, was nicht nur die Genauigkeit und Präzision der Daten begrenzt, sondern auch zu erheblichen Fehlern führen kann.

Sie setzten sich zum Ziel, im Artikel alle Verarbeitungsschritte genau zu beleuchten und die jeweiligen Fallstricke zu untersuchen. Einige davon sollten Experten auf diesem Gebiet bekannt sein, sind es aber möglicherweise nicht bei den Anwendern der Diffusions-MRT. Ihnen soll dieser Artikel helfen.

Das PDF kann über diesen Link heruntergeladen werden.

Artikel des Tages: diverses über Diffusionsgewichtete Bildgebung

Ich war in den letzten Tagen nachlässig und mir gehen die deutschen Fachbegriffe aus. ;)

Aus dem ersten Grund stelle ich heute (und in den folgenden Tagen) gleich zwei Artikel vor.

Steady-state diffusion-weighted imaging: theory, acquisition and analysis

Die Autorinnen Jennifer A. McNab und Karla L. Miller vom Centre for Functional MRI of the Brain (FMRIB) der Universität Oxford schreiben im Abstract:

Steady-state diffusion-weighted imaging (DWI) has long been recognized to offer potential benefits over conventional spin-echo methods. This family of pulse sequences is highly efficient and compatible with three-dimensional acquisitions, which could enable high-resolution, low-distortion images. However, the same properties that lead to its efficiency make steady-state imaging highly susceptible to motion and create a complicated signal with dependence on T₁, T₂ and flip angle. Recent developments in gradient hardware, motion-mitigation techniques and signal analysis offer potential solutions to these problems, reviving interest in steady-state DWI. This review offers a description of steady-state DWI signal formation and provides an overview of the current methods for steady-state DWI acquisition
and analysis.

Erschienen ist der Artikel in der Zeitschrift NMR in Biomedicine, Ausgabe 23, Seiten 781-793 (August 2010).

Diffusion-Weighted MRI for Monitoring Tumor Response to Photodynamic Therapy

Diesen Artikel haben zwei in den USA forschende Mediziner aus China verfaßt:
Hesheng Wang vom Emory Center for Systems Imaging am Department of Radiology der Emory University in Atlanta, Georgia, und Baowei Fei vom Department of Biomedical Engineering der Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio.
Bereits im Abstract führen sie genau in die verwendeten Methoden ein und geben eine Schlußfolgerung ab:

Purpose:
To examine diffusion-weighted MRI (DW-MRI) for assessing the early tumor response to photodynamic therapy (PDT).

Materials and Methods:
Subcutaneous tumor xenografts of human prostate cancer cells (CWR22) were initiated in athymic nude mice. A second-generation photosensitizer, Pc 4, was delivered to each animal by a tail vein injection 48 h before laser illumination. A dedicated high-field (9.4 Tesla) small animal MR scanner was used to acquire diffusion-weighted MR images pre-PDT and 24 h after the treatment. DW-MRI and apparent diffusion coefficients (ADC) were analyzed for 24 treated and 5 control mice with photosensitizer only or laser light only. Tumor size, prostate specific antigen (PSA) level, and tumor histology were obtained at different time points to examine the treatment effect.

Results:
Treated mice showed significant tumor size shrinkage and decrease of PSA level within 7 days after the treatment. The average ADC of the 24 treated tumors increased 24 h after PDT (P < 0.001) comparing with pre-PDT. The average ADC was 0.511 ± 0.119 × 10⁻³ mm²/s pre-PDT and 0.754 ± 0.181 × 10−3 mm²/s 24 h after the PDT. There is no significant difference in ADC values pre-PDT and 24 h after PDT in the control tumors (P = 0.20).

Conclusion:
The change of tumor ADC values measured by DW-MRI may provide a noninvasive imaging marker for monitoring tumor response to Pc 4-PDT as early as 24 h.

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 08/2010 des Journal of Magnetic Resonance Imaging erschienen (Volume 32, Issue 2, Seiten 409–417).

Artikel des Tages: Feasibility of FAIR Imaging for Evaluating Tumor Perfusion

Forscher verschiedener südkoreanischer Universitäten und Forschungszentren stellen in diesem im September 2010 im Journal of Magnetic Resonance Imaging erschienenen Artikel die Frage, inwieweit sich FAIR (flow-sensitive alternating inversion recovery) zur Messung der Tumorperfusion mit Blut eignet. An Kleintiermodellen werden FAIR und DCE-MRI (dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging) verglichen.
Die Forscher kommen zu dem Schluß, daß FAIR sich gut zur Perfusionsmessung an Tumoren eignet.

Abstract

Artikel des Tages: "Theory of gradient coil design methods for magnetic resonance imaging"

Der heutige Artikel des Tages ist ein schöner und ausführlicher Grundlagenartikel.
Erschienen ist er in Concepts in Magnetic Resonance Part A, Volume 36A, Issue 4, S. 223–242 im Juli 2010.
Die junge Autorin S.S. Hidalgo-Tobon arbeitet in ihrem Heimatland am Departamento de Ingenieria Electrica der Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, hat aber auch mehrere Jahre im Ausland verbracht und forscht seit mehreren Jahren auf dem Gebiet der MRT.

Der Abstract zum Artikel ist hier zu finden.