Normative value generation for flow parameters in a group of healthy volunteers and 1-year follow-up examinations of selected semilunar valve pathologies using 4D PC-MRI
Epidemiology and Medical Biometry/Statistics
Final Report Abstract
Das beantrage DFG-Projekt beschäftigte sich mit der Auswertung von gemessenen 4D PC-MRI Blutflussdaten des Herzens. Ziel des technischen Teilprojekts war die Erforschung weiterer Spezialmethoden zur Auswertung der Daten sowie die Unterstützung der Auswertungen durch eine einfach zu benutzende Software mit geführtem Arbeitsablauf. Die Softwareentwicklung wurde im Rahmen des Projekts deutlich vorangebracht, sodass der zuvor schon bestehende Prototyp nun noch besser zu benutzen ist und umfangreichere Funktionalität zur Verfügung stellt. Durch die regelmäßige Benutzung der Software am Leipziger Herzzentrum ergaben sich wiederholt Detaildiskussionen, die ansonsten nicht aufgekommen wären. Zwar wurde im Projektrahmen mehr Aufwand als ursprünglich gedacht in die Softwareentwicklung investiert, jedoch bewerten wir den allgemeinen Nutzen dieser praxisnahen Anwendung als sehr hoch und wertvoll. Sie steht zudem allen Forschern frei zur Verfügung und ist in einem Journal-Paper (einschließlich Video) umfassend dokumentiert. Im medizinischen Teil des Projekts wurden folgende Ergebnisse erzielt: 1. Für die Normwerteerhebung konnten insgesamt 128 Patienten eingeschlossen werden, 114 waren final auswertbar. Für die statistische Vorabauswertung wurden zunächst 86/114 Probanden ausgewertet. Die wichtigsten Ergebnisse hieraus: Nur zwei der ermittelten Flussparameter zeigten eine signifikante Altersabhängigkeit (der „wall shear stress“ nahm mit dem Alter um 42.11% und die maximale Flussgeschwindigkeit (maxV) um 44.26% (R=0.54) zu). Eine signifikante Geschlechtsabhängigkeit konnte für keinen der Parameter erhoben werden, so dass für die Ermittlung der Normwerte alle 86 Probanden unabhängig vom Geschlecht herangezogen werden konnten. 2. Nach Phantomstudien wurden 2 MRT-Sequenzen am 3.0T MRT anhand von 40 der 114 auswertbaren Probandenuntersuchungen auf Nicht-Unterlegenheit geprüft, was erfolgreich gezeigt werden konnte, so dass die schnellere der beiden 4D-Flusssequenzen im weiteren Verlauf für die Normwerteerhebung am 3.0T genutzt werden konnte. Des Weiteren erfolgte an 10/114 Probanden eine Doppeluntersuchung am 1.5 und 3.0 T. Auch hier konnten keine signifikanten Unterschiede in den Ergebnissen detektiert werden, weshalb Probanden und spätere Patienten auch am 1.5 T im weiteren Verlauf untersucht werden konnten. 3. Die Vorauswertungen der Probandenuntersuchungen zu Flussparametern „höherer“ Ordnung bzw. zum helikalen Fluss im Vergleich zu Patienten zeigen: Helikaler Fluss ist sowohl in der Aorta als auch in den Pulmonalarterien bei herzgesunden Probanden in der Mehrzahl der Fälle nachweisbar. Zur Abgrenzung zu Patienten mit bikuspider Aortenklappe (BAV) bzw. nach operativ korrigierter Fallot´scher Tetralogie (TOF) eignet sich somit nicht allein der Nachweis von helikalem Fluss, sondern vor allem deren genaue, am besten quantitative, Beschreibung bezüglich des Auftretens im Herzzyklus, der Gesamtdauer und des Volumens, was mittels der Software „Bloodline“ erstmals möglich war. Bei den Patienten war der helikale Fluss z.B. nicht nur in der Systole wie bei den Probanden, sondern auch bis in die Diastole hinein nachweisbar; des Weiteren waren die helikalen Volumina größer als bei den Probanden.
Publications
- Visualization of cardiac blood flow using anisotropic ambient occlusion for lines. Proc. of Vision Modelling and Visualization (VMV), 2017, pp. 29-36
B. Köhler, M. Grothoff, M. Gutberlet, B. Preim
(See online at https://doi.org/10.2312/vmv.20171256) - "A Framework for Visual Comparison of 4D PC- MRI Aortic Blood Flow Data." Proc. of EG Workshop on Visual Computing in Biology and Medicine, pp. 117-121. 2018
Behrendt, Benjamin, Sebastian Ebel, Matthias Gutberlet, and Bernhard Preim
(See online at https://doi.org/10.2312/vcbm.20181236) - Comparison of divergence-free filters for cardiac 4D PC-MRI data. Bildverarbeitung für die Medizin, pp. 139-144, 2018
M. F. Sereno, B. Köhler, B. Preim
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-662-56537-7_44) - Pressure-based vortex extraction in cardiac 4D PC-MRI blood flow data. Proc. of EuroVis 2018
B. Köhler, M. Grothoff, M. Gutberlet, B. Preim
(See online at https://doi.org/10.2312/eurovisshort.20181071) - Visual and quantitative analysis of great arteries blood flow jets in cardiac 4D PC-MRI data. Computer Graphics Forum, 37:195-204, 2018
B. Köhler, M. Grothoff, M. Gutberlet, B. Preim
(See online at https://doi.org/10.1111/cgf.13412) - "Comparison of two accelerated 4D-flow sequences for aortic flow quantification." Scientific reports 9, no. 1 (2019): 1-10
Ebel, Sebastian, Josefin Dufke, Benjamin Köhler, Bernhard Preim, Susan Rosemeier, Bernd Jung, Ingo Dähnert et al.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-019-45196-x) - "Validation of two accelerated 4D flow MRI sequences at 3 T: a phantom study." European radiology experimental 3, no. 1 (2019): 1-12
Ebel, Sebastian, Lisa Hübner, Benjamin Köhler, Siegfried Kropf, Bernhard Preim, Bernd Jung, Matthias Grothoff, and Matthias Gutberlet
(See online at https://doi.org/10.1186/s41747-019-0089-2) - "Automated Quantitative Extraction and Analysis of 4D flow Patterns in the Ascending Aorta: An intraindividual comparison at 1.5 T and 3 T." Scientific reports 10, no. 1 (2020): 1-13
Ebel, Sebastian, Josefin Dufke, Benjamin Köhler, Bernhard Preim, Benjamin Behrendt, Boris Riekena, Bernd Jung et al.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-020-59826-2)
