Ziele: Entwicklung, Test und Evaluation einer Methode zur Vektorquantisierung (VQ) für die dynamische KM-unterstützte Perfusions-MRT des Gehirns durch Neuronale Netze. Methode: Dynamische KM-unterstützte Perfusions-MRT wurde bei 4 Patienten mit subakutem Insult (2–4 Tage nach Beginn neurologischer Symptome) durchgeführt (1,5 T, 2D GE-EPI-Sequenz, 10 axiale Schichten, 38 Akquisitionen, Intervall 1.5s, 0.15mmol/kg KG GD-DTPA-Bolusinjektion). Für jedes Pixel wurde die Zeitreihe der relativen Signalminderung errechnet. Die neuronale VQ der resultierenden hochdimensionalen Merkmalsvektoren wurde mit den Algorithmen Minimal Free Energy VQ (MFE), Self-Organizing Map (SOM) und Fuzzy C-Means (FCM) durchgeführt, wobei jeweils 16 Cluster verwendet wurden. Die VQ-Ergebnise wurden evaluiert durch (i) visuelle Beurteilung von Clusterzuordnungskarten und zugehörigen Signalzeitreihen, (ii) quantitativen Vergleich mit konventionellen Perfusionsparameter-Karten zur Detektion von Gehirnregionen mit lokaler Minderperfusion (niedriges rCBV und hohes MTT) durch Flächenbestimmung (AUC) nach ROC-Kurvenanalyse. Ergebnis: Die neuronale VQ ermöglichte eine funktionelle Segmentierung bzgl. Gefäßkaliber, detektierte Seitenasymmetrien der KM-Anflutung und identifizierte Regionen lokaler Minderperfusion bei Patienten mit zerebralem Insult. Die ROC-Analyse bestätigte, dass die neuronale VQ mit hoher Validität Regionen reduzierter Gehirnperfusion im Vgl. zu konventionellen rCBV- und MTT-Karten identifiziert, wobei MFE-VQ (AUC=0.98 (rCBV), 0.81 (MTT)) gering bessere Ergebnisse erzielte als SOM (AUC=0.97 (rCBV), 0.81 (MTT)) und FCM (AUC=0.97 (rCBV), 0.70 (MTT)). Schlussfolgerung: Die neuronale VQ erweist sich als nützliches Instrument für den Radiologen, Unterschiede bzgl. Signaldynamik und -amplitude zu identifizieren und hierdurch die zerebrale Perfusionssituation zu analysieren und zu visualisieren. Somit kann sie nutzbringend zur computerunterstützten Diagnose zerebraler Zirkulationsstörungen durch nichtinvasive Bildgebung beitragen.
Korrespondierender Autor: Wismüller A
Stiftsbogen 35, 81375, München
E-Mail: axel@wismueller.de
Schlüsselwörter
Perfusions-MRT - Vektorquantisierung - Neuronale Netze - Computerunterstützte Bildanalyse
