Multimodale Segmentierung und Klassifikation zerebraler Läsionen ...

Zusammenfassung
Ein wesentliches Ziel bei der Erforschung der Multiplen Sklerose (MS) liegt in
der Auffindung und Definition von objektiven Kriterien zur möglichst frühzeitigen
Diagnostik sowie zur Objektivierung von therapeutischen Effekten. Dazu bieten sich
insbesondere quantitative in vivo Messverfahren an, da sie eine objektive Evaluation
erlauben. Die vorliegenden Arbeit basiert daher auf Parameterkarten von T1, T ∗ 2 und
H2O, die mit einem neuartigen quantitativen Magnetresonanztomographie (MRT)
Verfahren gewonnen wurden. Wesentlich für einen erfolgreichen Einsatz dieser Ver-
fahren ist es, dass automatisiert und reproduzierbar Bildeigenschaften (Features)
extrahiert werden, die dann als objektive Kriterien für eine Diagnostik herangezo-
gen werden können. Ein wesentlicher Teil der vorliegende Arbeit lag dabei in der
Validierung der zu Grunde liegenden Annahmen der einzelnen Extraktionsverfahren,
insbesondere bezüglich deren Präzision und Reproduzierbarkeit. Die untersuchten
Bildeigenschaften lassen sich in zwei Gruppen kategorisieren: globale Features (cha-
rakterisieren die sogenannte „normal erscheinende“ graue und weiße Hirnsubstanz)
und lokale Features (enthalten Informationen über die für MS charakteristischen
Hirnläsionen). Sowohl für die globalen als auch für die lokalen Eigenschaften wer-
den die Verteilungen der Mittelwerte von T1, T ∗ 2 und H2O und deren gegenseitige
Korrelation bestimmt. Die Korrelation wird dabei als linear angenommen und kann
daher durch den Winkel einer entsprechenden Ausgleichsgerade, die mit einer Haupt-
komponentenanalyse (PCA) bestimmt wird, eindeutig charakterisiert werden. Zur
Reduktion bzw. Entfernung von Ausreißern in den zu Grunde liegenden Verteilungen
wurde in der vorliegenden Arbeit die Minimum Covariance Determinant (MCD) Me-
thode eingesetzt und für unterschiedliche Konfigurationen in Simulationen validiert.
Basierend auf den gewonnenen Bildfeatures zeigt sich insbesondere bei den Winkeln
der Korrelationsgerade in „normal erscheinender“ weißer und grauer Substanz ein
deutlicher Unterschied zwischen MS Patienten und gesunden Kontrollprobanden. Im
Gegensatz dazu lässt sich eine starke Überlappung zwischen beiden Gruppen bei den
Verteilungen der zu Grunde liegenden Parameter T1, T ∗ 2 und H2O feststellen. Die
lokale Analyse zeigt darüber hinaus, dass sich die Winkel in einer Läsion auch von
denen des umliegenden Gewebes unterscheiden lassen. Allerdings ist die Verteilung
der Winkel in Läsionen sehr heterogen. Trotz der geringe Patientenanzahl lässt sich
festhalten, dass die Information aus der Parameterkorrelation offenbar ein wesentli-
ches größeres Potenzial aufweist, um in Zukunft diagnostische MS-Kriterien mit zu
beeinflussen und um eventuell verschiedene Verlaufsformen zu diskriminieren.
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