Verkalkungen der Herzkranzgefaesse sind eine Hauptursache fuer Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Je frueher sie erkannt werden, desto besser die Heilungschance der Patienten. Bislang ist die Diagnose der Verkalkungen jedoch aufwaendig und fuer den Patienten belastend. Wissenschaftler des Fraunhofer IGD haben nun in Zusammenarbeit mit Aerzten des Universitaetsklinikums Frankfurt ein neues Verfahren entwickelt, mit dem Arterien-Verkalkungen schneller und schonender diagnostiziert werden koennen. Die von den Forschern entwickelte Software ermittelt die Verengungen automatisch aufgrund des CT-Bildes.
Jetzt wurde das Verfahren mit dem "JDI Best Paper Award 2006, 2nd" der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM) ausgezeichnet.
Kalkablagerungen in den Herzkranzgefaessen sind die Hauptursache fuer Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie etwa Herzinfarkte. Dabei kommt es zu verschiedenen Veraenderungen der Arterienwand, die zu einer Verengung der Arterie, einer sogenannten Stenose, fuehren. Eine rechtzeitige Diagnose solcher Verengungen kann Leben retten.
Um Stenosen festzustellen, wird dem Patienten bislang in einer sogenannten Koronarangiographie ein Kontrastmittel ueber eine der Hauptschlagadern invasiv direkt ins Herz gespritzt. Dieses Kontrastmittel macht dann das Herz und die Arterien in der Roentgenaufnahme fuer den Arzt gut sichtbar. Fuer den Patienten bedeutet die Behandlung allerdings eine grosse Belastung.
Wesentlich schonender für den Patienten ist eine Aufnahme des Herzens mit einem Computertomographen (CT-Scanner), da hier das Kontrastmittel in die Armvenen gespritzt werden kann und es sich selbst im Koerper verteilt.
Durch die Verbesserung der Aufnahmetechniken und neu entwickelte CT-Scanner wurden hier in den letzten Jahren drastische Verbesserungen in der Aufnahmequalitaet erzielt, so dass sie heute bereits teilweise zum Einsatz kommen.
Einen Schritt weiter gehen die Forscher des Fraunhofer-Institut fuer Graphische Datenverarbeitung. Sie haben mit der Entwicklung des Cardio Analysis Tool nun eine Software geschaffen, die auf Basis der CT-Daten eine schnelle und automatische Diagnose von Stenosen ermoeglicht.
Software berechnet Arterienverengungen automatisch In einem ersten Schritt extrahiert ein speziell entwickelter Segmentierungsalgorithmus die Arterie aus dem Gesamtbild. Dazu markiert der Arzt lediglich Anfangs- und Endpunkt der Arterie im Bild sowie einen weiteren Punkt im Verlauf des Gefaesses. Daraufhin erfolgt die Segmentierung automatisch.
Im zweiten Schritt vermisst die Software die extrahierte Arterie, vergleicht deren lokalen Durchmesser mit der Umgebung und findet so Unregelmaessigkeiten im Verlauf. Als Analyse-Ergebnis erhaelt der Arzt ein dreidimensionales Bild der Arterie, in dem alle Verengungen und zusaetzlich Verkalkungen markiert sind. "Durch die von uns entwickelte Software wird dem Arzt die manuelle Suche nach Veraenderungen erspart. Stattdessen erhaelt er automatisch alle kritischen Stellen angezeigt und kann sich dann auf diese konzentrieren", beschreibt Stefan Wesarg, Leiter des Projekts am Fraunhofer IGD, die Vorteile des neuen Verfahrens. Kritisch ist dabei vor allem die Sensitivitaet der Diagnose. Das bedeutet, die Software muss wirklich alle Veraenderungen aufdecken.
Klinische Tests zeigen: hohe Qualitaet bei doppelter Geschwindigkeit Ob die Software bereits fuer den klinischen Alltag geeignet ist, sollten zwei klinische Tests zeigen, die in Zusammenarbeit mit der Universitaetsklinik Frankfurt/Main durchgefuehrt wurden. Dabei haben die Wissenschaftler die Qualitaet des Systems im Vergleich zur herkoemmlichen Koronarangiographie sowie im Vergleich zur manuellen Analyse der CT-Daten untersucht. "Die Tests haben bestaetigt, dass die neuen Computertomographie-Geraete so hochwertige Bilder liefern, dass sie problemlos fuer die Diagnose von Stenosen eingesetzt werden koennen.
Der Vergleich zwischen manueller und
automatischer Analyse hat ausserdem gezeigt, dass unsere Software Veraenderungen ebenso gut aufdeckt, wie ein Arzt. Allerdings konnte die automatische Diagnose mehr als doppelt so schnell durchgefuehrt werden, wie die manuelle Untersuchung. Dabei kommt der Software zugute, dass sie absolut objektiv arbeitet, waehrend bei der manuellen Diagnose die subjektive Wahrnehmung und die Erfahrung des Arztes eine ausschlaggebende Rolle spielen", beschreibt Wesarg die Testergebnisse. "Das bedeutet, die automatische Analyse von CT-Daten hat zwei wichtige Vorteile im Gegensatz zur herkoemmlichen Koronarangiograpie. Erstens ist sie für den Patienten wesentlich schonender, da sie nicht-invasiv vorgenommen wird. Und zweitens bedeutet sie fuer den Arzt eine deutliche Zeit- und damit Kostenersparnis", fasst der Fraunhofer-Wissenschaftler zusammen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden 2006 in der medizinischen Fachzeitschrift "European Radiology" veroeffentlicht.
Auszeichnung von der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM) Diese grundlegende Verbesserung der Diagnosemoeglichkeiten wird auch von der Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM) anerkannt. Sie zeichnete Stefan Wesarg und seine Mitstreiter M. Fawad Khan von der Uniklinik Frankfurt sowie Evelyn A. Firle vom Fraunhofer IGD fuer die dazu veroeffentlichte Arbeit im Juni
2007 mit dem JDI Best Paper Award 2006, 2nd aus.
Aktuell sind die Wissenschaftler auf der Suche nach Industriepartnern, die die Software in ihre eigenen Systeme integrieren und so eine schonendere und schnellere Diagnose ermoeglichen.
Gleichzeitig arbeiten sie daran, zusaetzliche Einsatzgebiete fuer die Software zu finden.
Jetzt wurde das Verfahren mit dem "JDI Best Paper Award 2006, 2nd" der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM) ausgezeichnet.
Kalkablagerungen in den Herzkranzgefaessen sind die Hauptursache fuer Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie etwa Herzinfarkte. Dabei kommt es zu verschiedenen Veraenderungen der Arterienwand, die zu einer Verengung der Arterie, einer sogenannten Stenose, fuehren. Eine rechtzeitige Diagnose solcher Verengungen kann Leben retten.
Um Stenosen festzustellen, wird dem Patienten bislang in einer sogenannten Koronarangiographie ein Kontrastmittel ueber eine der Hauptschlagadern invasiv direkt ins Herz gespritzt. Dieses Kontrastmittel macht dann das Herz und die Arterien in der Roentgenaufnahme fuer den Arzt gut sichtbar. Fuer den Patienten bedeutet die Behandlung allerdings eine grosse Belastung.
Wesentlich schonender für den Patienten ist eine Aufnahme des Herzens mit einem Computertomographen (CT-Scanner), da hier das Kontrastmittel in die Armvenen gespritzt werden kann und es sich selbst im Koerper verteilt.
Durch die Verbesserung der Aufnahmetechniken und neu entwickelte CT-Scanner wurden hier in den letzten Jahren drastische Verbesserungen in der Aufnahmequalitaet erzielt, so dass sie heute bereits teilweise zum Einsatz kommen.
Einen Schritt weiter gehen die Forscher des Fraunhofer-Institut fuer Graphische Datenverarbeitung. Sie haben mit der Entwicklung des Cardio Analysis Tool nun eine Software geschaffen, die auf Basis der CT-Daten eine schnelle und automatische Diagnose von Stenosen ermoeglicht.
Software berechnet Arterienverengungen automatisch In einem ersten Schritt extrahiert ein speziell entwickelter Segmentierungsalgorithmus die Arterie aus dem Gesamtbild. Dazu markiert der Arzt lediglich Anfangs- und Endpunkt der Arterie im Bild sowie einen weiteren Punkt im Verlauf des Gefaesses. Daraufhin erfolgt die Segmentierung automatisch.
Im zweiten Schritt vermisst die Software die extrahierte Arterie, vergleicht deren lokalen Durchmesser mit der Umgebung und findet so Unregelmaessigkeiten im Verlauf. Als Analyse-Ergebnis erhaelt der Arzt ein dreidimensionales Bild der Arterie, in dem alle Verengungen und zusaetzlich Verkalkungen markiert sind. "Durch die von uns entwickelte Software wird dem Arzt die manuelle Suche nach Veraenderungen erspart. Stattdessen erhaelt er automatisch alle kritischen Stellen angezeigt und kann sich dann auf diese konzentrieren", beschreibt Stefan Wesarg, Leiter des Projekts am Fraunhofer IGD, die Vorteile des neuen Verfahrens. Kritisch ist dabei vor allem die Sensitivitaet der Diagnose. Das bedeutet, die Software muss wirklich alle Veraenderungen aufdecken.
Klinische Tests zeigen: hohe Qualitaet bei doppelter Geschwindigkeit Ob die Software bereits fuer den klinischen Alltag geeignet ist, sollten zwei klinische Tests zeigen, die in Zusammenarbeit mit der Universitaetsklinik Frankfurt/Main durchgefuehrt wurden. Dabei haben die Wissenschaftler die Qualitaet des Systems im Vergleich zur herkoemmlichen Koronarangiographie sowie im Vergleich zur manuellen Analyse der CT-Daten untersucht. "Die Tests haben bestaetigt, dass die neuen Computertomographie-Geraete so hochwertige Bilder liefern, dass sie problemlos fuer die Diagnose von Stenosen eingesetzt werden koennen.
Der Vergleich zwischen manueller und
automatischer Analyse hat ausserdem gezeigt, dass unsere Software Veraenderungen ebenso gut aufdeckt, wie ein Arzt. Allerdings konnte die automatische Diagnose mehr als doppelt so schnell durchgefuehrt werden, wie die manuelle Untersuchung. Dabei kommt der Software zugute, dass sie absolut objektiv arbeitet, waehrend bei der manuellen Diagnose die subjektive Wahrnehmung und die Erfahrung des Arztes eine ausschlaggebende Rolle spielen", beschreibt Wesarg die Testergebnisse. "Das bedeutet, die automatische Analyse von CT-Daten hat zwei wichtige Vorteile im Gegensatz zur herkoemmlichen Koronarangiograpie. Erstens ist sie für den Patienten wesentlich schonender, da sie nicht-invasiv vorgenommen wird. Und zweitens bedeutet sie fuer den Arzt eine deutliche Zeit- und damit Kostenersparnis", fasst der Fraunhofer-Wissenschaftler zusammen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden 2006 in der medizinischen Fachzeitschrift "European Radiology" veroeffentlicht.
Auszeichnung von der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM) Diese grundlegende Verbesserung der Diagnosemoeglichkeiten wird auch von der Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM) anerkannt. Sie zeichnete Stefan Wesarg und seine Mitstreiter M. Fawad Khan von der Uniklinik Frankfurt sowie Evelyn A. Firle vom Fraunhofer IGD fuer die dazu veroeffentlichte Arbeit im Juni
2007 mit dem JDI Best Paper Award 2006, 2nd aus.
Aktuell sind die Wissenschaftler auf der Suche nach Industriepartnern, die die Software in ihre eigenen Systeme integrieren und so eine schonendere und schnellere Diagnose ermoeglichen.
Gleichzeitig arbeiten sie daran, zusaetzliche Einsatzgebiete fuer die Software zu finden.
