Automatic segmentation in CMR - Development and validation of algorithms for left ventricular function, myocardium at risk and myocardial infarction

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish I denna avhandling presenteras fyra nya metoder för att automatiskt mäta hjärtats förmåga att pumpa ut blod i kroppen, mäta storleken på en hjärtinfarkt samt mäta hur stor del av hjärtmuskeln som riskerade att dö vid hjärtinfarkten. Dessa nya metoder kan användas för att minska skillnader mellan mätningar gjorda av olika läkare, på olika sjukhus och i olika forskargrupper. Detta gör mätresultaten mer tillförlitliga och kan i sin tur leda till att diagnostik och behandling av hjärt-kärlsjukdomar förbättras. Vid en hjärtinfarkt har en blodpropp bildats i ett av de små blodkärlen som försörjer hjärtmuskeln med blod och en del av hjärtmuskeln drabbas då av syrebrist. Om inte syrebristen åtgärdas snabbt riskerar den delen av hjärtmuskeln att dö. För att patienten även efter hjärtinfarkten ska få en god livskvalitet är det viktigt att rädda så mycket som möjligt av hjärtmuskeln och därmed bevara hjärtats funktion Därför är det viktigt att få bra behandling i tid. För att utvärdera nya behandlingar kan man beräkna hur mycket av hjärtmuskeln som räddades genom att mäta både storleken på det område av hjärtmuskeln som riskerade att dö och det slutgiltiga området som dog. Detta kräver dock tillförlitliga mätmetoder. Med nya förbättrade behandlingar kan infarktens storlek minimeras vilket leder till en ökad livskvalité för patienten och mindre risk för följdsjukdomar som till exempel hjärtsvikt. När patienten drabbas av hjärtsvikt innebär det att hjärtat inte har förmåga att pumpa ut så mycket syresatt blod som kroppen behöver. I takt med att hjärtat får ett allt tyngre arbete försvagas hjärtat ytterligare och en ond spiral bildas. Hjärtsvikt kan oftast inte botas men patientens livskvalité kan förbättras med diagnos och behandling. För diagnos och behandling av hjärt-kärlsjukdomar är det viktigt att tillförlitligt mäta både hjärtats pumpförmåga och storlek. Med bilder från magnetkamera kan man noggrant mäta hjärtats pumpförmåga, hjärtinfarktens storlek och riskområdets storlek. Mätningarna görs genom att rita i bilderna och detta görs ofta manuellt av läkarna. Det skiljer dock mellan mätningar gjorda av en erfaren och en oerfaren läkare samt att det skiljer mellan erfarna läkare på olika sjukhus. För att åtgärda detta har flera automatiska metoder utvecklats men trots att manuell utlinjering har stora begränsningar har ingen tidigare automatisk metod visats tillräckligt bra för att ersätta manuell utlinjering. För att nya automatiska metoder ska kunna användas som standard på både sjukhus och i forskning behöver metoderna utvärderas i många patienter och bilder med olika bildkvalité. Dessutom behöver andra forskare än de som utvecklat den automatiska metoden ha möjlighet att utvärdera de nya metoderna. Därför är datorprogrammet och de nya automatiska metoderna som vi utvecklar fria att användas inom forskning. I delarbete I presenteras det datorprogram där de nya automatiska metoderna har implementerats. I delarbete II presenteras en ny automatisk metod för att mäta hjärtats storlek och pumpförmåga. I delarbete III och IV presenteras två olika automatiska metoder för att mäta riskområdet vid en hjärtinfarkt i två olika typer av bilder. I delarbete V presenteras en ny metod för att mäta hjärtinfarktens storlek. Gemensamt för de fyra nya metoderna är att de utvecklades i nära samarbete med läkarna som annars gör manuella utlinjeringar. Grunden för att kunna utveckla metoder som automatiskt ritar i bilderna från en magnetkamera är att kunna skilja på mörka och ljusa områden i bilderna. Bilderna som de fyra metoderna utvecklades för har olika bildkvalité men ändå kunde samma metod användas för att särskilja mörka och ljusa områden. Denna metod kallas EM-algoritmen och den visades vara bättre på att särskilja mellan mörkt och ljust än tidigare metoder. De fyra nya metoderna har i studie II-V utvärderats i patienter och jämförts med manuella utlinjeringar utförda av erfarna läkare. Utvärdering gjordes både genom att mäta skillnad i storlek men också genom att mäta hur pass bra områdena som ritades automatiskt stämde överens med de manuellt utlinjerade. De fyra automatiska metoderna gav resultat som stämde väl överens med manuellt utlinjerade områden, både vad gäller storlek och överlapp mellan områdena. Skillnaden mellan automatisk och manuell mätning av hjärtats storlek, riskområdet och hjärtinfarktens storlek var nästan lika liten som mellan två erfarna läkare inom samma forskargrupp. De nya metoderna kan användas för att minska skillnaden mellan mätningar utförda av olika läkare, framförallt på olika sjukhus eller med olika erfarenhet. Att använda EM-algoritmen för att särskilja mellan ljusa och mörka områden tillsammans med expertkunskaper från läkarna visades vara bättre än tidigare utvecklade metoder. Dessutom visades vikten av att göra utvärderingar med både skillnad i volymer och överlapp mellan område och att göra denna utvärdering i många patienter från olika sjukhus.