DIAGNOSTISTEN KUVIEN KVANTÍTATIIVINEN ANALYYSI : ESIMERKKEJÄ TAMPEREELTA

Transkriptio

1 DIAGNOSTISTEN KUVIEN KVANTÍTATIIVINEN ANALYYSI : ESIMERKKEJÄ TAMPEREELTA 1 Biolääketieteen tekniikan laitos Tampereen teknillinen yliopisto

2 BME / TUT Biomaterials: Tissue Engineering Clinical imaging Image analysis, tissue characterization Bioelectromagnetism Electrophysiology of cells and organs Biosignal measurement and analysis 2 Scaffold design and manufacturing Biodegradable and drug releasing biomaterials Processing of polymers and polymer-based composites Telemedicine Computational Medicine Modeling FEM

3 UUSIA KUVAUSLAITEHANKINTOJA TAYS:SSA 3 VARUSTUS KANSAINVÄLISTÄ YLIOPISTOSAIRAALATASOA: 2005: 64 MDCT 2005: 1.5T MR 2006: Mikro-CT 2006: 3D-ultraäänilaite 2007: 3T MR 2007: PET-CT 2007: Digitaaliradiografialaboratorio 2009: Akuutti-CT

4 MIKSI KVANTITATIIVISTA KUVAUSTA? 4 Kaikki kuvat ovat nyt kvantitatiivisia (digitaalisia) Hoitojen tehon seuranta tehostuu numerojen avulla (esim. kasvaimen koko) Diagnoosit: poikkeavuuksille voidaan antaa määrälliset kriteerit Virheiden vähentäminen: interobserver ja intraobserver-vaihtelut subjektiivisen terminologian vaihtelut lausunnoissa Näköaistin rajoitusten ohittaminen TODAY S CLINICAL IMAGING METHODS

5 KUDOSKARAKTERISAATIORYHMÄ 5 Menetelmäkehitys (radiologia, luonnontieteet) Prof., Ph.D. Prof. Seppo Soimakallio, M.D. Doc. Prasun Dastidar, M.D. Doc. Tomi Heinonen, Ph.D.. Doc. Harri Sievänen, Ph.D. Lara Harrison, M.D., M.Sc Riku Nikander, M.D. Sami Savio, M.Sc. Tiina Luukkaala, M.Sc. Atte Joutsen, M.Sc. Maija Rossi, M.Sc. Kirsi Holli, M.Sc. Lääketieteelliset sovellutusalueet Neurologia Onkologia Kirurgia Ortopedia Kardiologia Patologia Urheilulääketiede ym

6 VOLUMETRIA: KUDOSTEN TILAVUUDEN MÄÄRITTÄMINEN 6 Analyysiohjelmisto Anatomatic kehitetty itse ( Heinonen T, Dastidar P, Kauppinen P, Malmivuo J, Eskola H. Semi-automatic tool for segmentation and volumetric analysis of medical images. Med Biol Eng Comput May;36(3):291-6) 6 Aivoinfarktit Aivokasvaimet Sikiön paino Numminen J, Dastidar P, Heinonen T, Karhuketo T, Rautiainen M, Reliability of acoustic rhinometry. Respir Med Apr;97(4): Ukkonen M, Dastidar P, Heinonen T, Laasonen E, Elovaara I. Volumetric quantitation by MRI in primary progressive multiple sclerosis: volumes of plaques and atrophy correlated with neurological disability. Eur J Neurol. 2003;10(6): Dastidar P, Mäenpää J, Heinonen T, Kuoppala T, Van Meer M, Punnonen R, Laasonen E, Magnetic resonance imaging based volume estimation of ovarian tumours: use of a segmentation and 3D reformation software. Comput Biol Med Nov;30(6): Uotila J, Dastidar P, Heinonen T, Ryymin P, Punnonen R, Laasonen E. Magnetic resonance imaging compared to ultrasonography in fetal weight and volume estimation in diabetic and normal pregnancy. Acta Obstet Gynecol Scand. 2000;79(4): Dastidar P, Heinonen T, Ahonen JP, Jehkonen M, Molnár G, Volumetric measurements of right cerebral hemisphere infarction: use of a semiautomatic MRI segmentation technique. Comput Biol Med Jan;30(1): Hannu Eskola

7 Tumour Volume (cm3) LYMFOOMAN VASTE SYTOSTAATTIHOIDOLLE: MR-KUVIEN VOLUMETRINEN ANALYYSI 7 34 potilasta seurattiin puoli vuotta vv Anatomatic -ohjelmalla analyysi kesti min / potilas Selkeä hoitovaste todettiin 50% kuolleisuus, jos tilavuus väheni yli 239 cm 3 ensimmäisen hoitoviikon aikana Average Tumour Volumes Primary Relapse Examination Laurila M, Dastidar P, Pertovaara H, Järvenpää R, Luukkaala T, Kellokumpu-Lehtinen P-L, Heinonen T, Eskola H, Soimakallio S, Volumetric analysis with semi-automatic segmentation: application on non-hodkin s lymphoma at 1.5 T MRI. Accepted to: J Comput Ass Tomogr,

8 KUDOSKARAKTERISAATIO : TAUSTAA 8 Nykyään patologi arvioi kudoksia näytteiden perusteella Olisiko mahdollista luokitella elävää kudosta esim. MRI- ja CT-kuvista? Ihmisen näköaisti ei ole erityisen herkkä esim. kuvioiden tunnistamisessa TERVE MAKSA KIRROOT- TINEN MAKSA MRI (4.7 T) VALOKUVA (IKEM, Praha)

9 TEKSTUURIANALYYSOHJELMISTO: MaZda Kehitetty EU-hankkeessa 2000-luvun alkupuolella: European COST action B11: Quantitation of Magnetic Resonance Image Texture Määrittää 300 tekstuuriparametria seuraavissa luokissa: Histogrammi Gradientti Run-length matriisi Co-occurrence matriisi Autoregressiiviset mallit Wavelet Parametrien jatkokäsittelyyn eri menetelmiä: raw data analysis (RDA) principal component analysis (PCA) linear discriminant analysis (LDA) nonlinear discriminant analysis (NDA)

10 LYMFOOMAN VASTE SYTOSTAATTIHOIDOLLE: MR-KUVIEN TEKSTUURIANALYYSI 10 T2-weighted images RDA PCA LDA NDA mis% mis% mis% mis% E1, E2, E3 Fisher 45 % 45 % 46 % 39 % POE+ACC 39 % 39 % 55 % 32 % Combination E1, E2, E3 34 % 35 % 47 % 30 % E1, E2 Fisher 43 % 44 % 44 % 24 % POE+ACC 38 % 38 % 35 % 25 % Combination E1, E2, E3 29 % 29 % 39 % 19 % Combination E1, E2 37 % 35 % 40 % 35 % E1, E3 Fisher 25 % 24 % 25 % 11 % POE+ACC 17 % 17 % 22 % 5 % Combination E1, E2, E3 15 % 14 % 19 % 4 % Combination E1, E3 16 % 17 % 21 % 4 % E2, E3 Fisher 32 % 34 % 33 % 21 % POE+ACC 22 % 22 % 40 % 19 % Combination E1, E2, E3 25 % 24 % 25 % 14 % Combination E2, E3 24 % 23 % 30 % 12 % MaZda classification results. Imaging time point (E1,E2, E3) combinations for analyses and feature selection methods given in rows. Misclassification percentage given for raw data analysis (RDA), principal component analysis (PCA), linear discriminant analysis (LDA) and non-linear discriminant analysis (NDA) in columns. Harrison L, Dastidar P, Eskola H, Järvenpää R, Pertovaara H, Luukkaala T, Kellokumpu-Lehtinen P-L, Soimakallio S, Texture analysis on MRI images of non-hodgkin lymphoma. Comput Biol Med. 2008; 38(4):

11 RINTOJEN MAGNEETTIKUVIEN TEKSTUURIANALYYSI 11 alustava testi: 7 potilasta, kahden tyyppisiä kasvaimia tekstuurianalyysillä pystyttiin erottelemaan hyvin kasvainkudos terveestä, kasvaintyypille ominaista algoritmia ei löytynyt Holli K, Lääperi A-L, Harrison L, Soimakallio S, Dastidar P, Eskola H, Detection of characteristic texture parameters in breast MRI. 4 th European Congress for Medical and Biomedical Engineering, Antwerp, 2008, 4 p

12 LIEVIEN AIVOVAMMOJEN MAGNEETTIKUVIEN TEKSTUURIANALYYSI lievää aivovammatapausta kuvattu magneettikameralla Tekstuurianalyysi tietyiltä anatomisilta alueilta Verrattiin aivopuoliskoja toisiinsa mm. harmaan ja valkean aivokudoksen ja hippokampuksen alueella merkitsevästi eroava tekstuuri Holli K, Harrison L, Wäljas M, Liimatainen S, Luukkaala T, Öhman J, Ylinen A, Soimakallio S, Eskola H, Dastidar P, Texture analysis of MR images of patients with mild traumatic brain injury. (submitted 2008)

13 URHEILIJAN LONKKALUUN MR-KUVIEN TEKSTUURIANALYYSI aktiiviurheilijaa ja kuntoilijaa lonkan magneettikuvaus hohkaluun rakenne merkitsevästi erilainen eri ryhmissä ja eri suunnissa Nikander R, Kannus P, Dastidar P, Hannula M, Harrison L, Cervinka T, Narra N, Aktour R, Arola T, Eskola H, Soimakallio S, Heinonen A, Hyttinen J, Sievänen H, Targeted exercise against hip fragility. Osteoporos Int Nov 11. Accurate classification Raw Data Analysis Anterior Medial Lateral Dorsal 18/19 16/19 12/19 15/19 Accurate classification Principal Component Analysis Anterior Medial Lateral Dorsal 18/19 16/19 11/19 15/

14 DIAGNOSTISTEN KUVIEN TEKSTUURIANALYYSI: POHDINTAA 14 SELVITETTÄVIÄ ASIOITA: 3D-erotuskyvyn vaikutus kentänvoimakkuuden vaikutus (1.5T/3T) validointimenetelmät tekstuuriparametrien tulkinta HAASTE: kvantitatiivisen analyysin läpilyönti lääketieteessä ja käytännön potilastyössä