Verbesserte Bildgebung in der Kardiologie
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (CMR) ist ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren, mit dem sich Struktur und Funktion des kardiovaskulären (Herz-Kreislauf-)Systems beurteilen lassen. Ob ein CMR-Scan hinreichend aussagefähig ist, hängt davon ab, ob der Bediener die Aufnahmeparameter beim zu untersuchenden Patienten richtig eingestellt hat und Artefakte wie Herz- und Atmungsbewegungen vermieden wurden. Der Bediener prüft dabei in der Regel visuell die Qualität der Aufnahme. Um das Verfahren zu beschleunigen und menschliches Fehlerpotenzial zu reduzieren, entwickelte das EU-finanzierte Projekt JUNO eine automatisierte Methode für die Bildverarbeitung, das die Qualitätskontrolle bei CMR-Bildern vereinfacht. „Vorrangiges Ziel war es, mit unserer Technik nahezu in Echtzeit unvollständige oder unbrauchbare Aufnahmen automatisch zu erkennen und dann zu wiederholen”, erklärt Projektkoordinator Dr. Daniel Rückert. Fortschritte bei der CMR-Bildverarbeitung Bei der Automatisierungstechnik von JUNO kommt maschinelles Lernen zum Einsatz, um Informationen aus den CMR-Aufnahmen zu extrahieren. Mit diesem Ansatz können Bewegungsartefakte bei CMR-Bildern leichter erkannt und korrigiert werden, indem festgestellt wird, ob der Patient möglicherweise geatmet hat, was die Bilderfassung verfälschen kann. Zudem lässt sich leichter validieren, ob bei der Aufnahme tatsächlich das gesamte Herz erfasst wurde und ob die Herzstrukturen sichtbar und unterscheidbar sind. Analysen Tausender von Aufnahmen aus der UK Biobank bestätigten die hohe Genauigkeit der Technik zur Erkennung fehlerhafter Bilder. Eine unzureichende Gesamtaufnahme des Herzens erkannte die JUNO-Technik mit einer Sensitivität von 88 % und einer Genauigkeit von 99 %. Bei der bewegungskorrigierten Detektion lag der Prozentsatz nur unwesentlich niedriger. Vor allem die Bewegungskorrektur war anderen derzeitigen Methoden überlegen. Klinische Umsetzung der JUNO-Technik Man geht davon aus, dass sich der Ansatz von JUNO direkt als klinisches Werkzeug für die automatisierte Qualitätskontrolle von CMR-Aufnahmen bei Erwachsenen eignet. Wegen der relativ kurzen Auswertungszeit (nur etwa 15 Sekunden für eine normale Aufnahme) kann der Bediener unbrauchbare Aufnahmen im hektischen Klinikbetrieb schnell finden und eine neue Aufnahme machen, wenn der Patient noch im Scanner liegt. Die Forscher von JUNO sind überzeugt, dass die Technik künftig auch klinische Studien vereinfachen kann. Da bereits mehrere Initiativen für den Erwerb umfangreicher Open-Access-Datenbanken wie der UK Biobank mit Tausenden von CMR-Aufnahmen laufen, ist eine vollautomatisierte Qualitätskontrolle wie die von JUNO unerlässlich, um fehlerhafte Bilder zu erkennen und vor der Auswertung auszusondern. Zudem könnte die JUNO-Technik zur Bewegungskorrektur bei fötalen CMR-Aufnahmen eingesetzt werden, eine Entwicklung in der Medizin, zur der die technologischen Fortschritte der letzten Zeit beitrugen. Mit dem von JUNO entwickelten Ansatz wäre eine zuverlässigere Rekonstruktion des fötalen Herzens möglich. Obwohl der Ansatz von JUNO noch nicht direkt in der Klinik getestet wurde, ist Dr. Rückert überzeugt, „dass die Technik online für Forschungsgruppen und Kliniken weltweit frei zugänglich sein sollte, um die dringend benötigte, zuverlässige vollautomatisierte Qualitätssicherung bei CMR-Bildern zu gewährleisten.“
Schlüsselbegriffe
JUNO, kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (CMR), fötales Herz, automatisierte Qualitätskontrolle
