Ποσοτικοποίηση των Τρισδιάστατων Διαφορών Όγκου στις Απεικονίσεις Αιμάτωσης του Μυοκαρδίου με SPECT σε Συνθήκες Κόπωσης και Ηρεμίας

Συνεργασία

Η DatAnalysis συνεργάστηκε με το Τμήμα Ιατρικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων και την Ιατρική Σχολή του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών για την ανάπτυξη της ερευνητικής μελέτης «Quantification of 3D SPECT Stress/Rest Volume Differences in Myocardial Perfusion Imaging». Η εργασία παρουσιάστηκε στο 24ο Συμπόσιο της Ελληνικής Εταιρείας Πυρηνικής Ιατρικής και βασίστηκε σε επιστημονική δημοσίευση της IEEE, αναδεικνύοντας τη συμβολή προηγμένων τεχνικών επεξεργασίας ιατρικών εικόνων στη διάγνωση της στεφανιαίας νόσου. Η DatAnalysis ανέλαβε την ανάπτυξη της στατιστικής μεθοδολογίας, την επεξεργασία των δεδομένων και την ποσοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, υποστηρίζοντας την εφαρμογή σύγχρονων υπολογιστικών τεχνικών στην καρδιαγγειακή απεικόνιση.

Το αντικείμενο της έρευνας

Η αξιολόγηση της αιμάτωσης του μυοκαρδίου αποτελεί βασικό εργαλείο για την έγκαιρη διάγνωση της στεφανιαίας νόσου (Coronary Artery Disease – CAD). Οι λειτουργικές μεταβολές της αριστερής κοιλίας της καρδιάς κατά τη διάρκεια δοκιμασιών κόπωσης μπορούν να αποκαλύψουν περιοχές μειωμένης αιμάτωσης, ακόμη και πριν εμφανιστούν μόνιμες ανατομικές αλλοιώσεις.

Σκοπός της μελέτης ήταν η ανάπτυξη μίας αντικειμενικής μεθόδου ποσοτικοποίησης των διαφορών μεταξύ των τρισδιάστατων εικόνων SPECT που λαμβάνονται σε κατάσταση κόπωσης και ηρεμίας, με στόχο τη βελτίωση της ανίχνευσης ισχαιμικών αλλοιώσεων και την ακριβέστερη αξιολόγηση της λειτουργίας του μυοκαρδίου μέσω προηγμένων τεχνικών επεξεργασίας ιατρικών εικόνων.

Μεθοδολογία

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε 15 ασθενείς με καρδιαγγειακή νόσο, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε πρωτόκολλο μονοήμερης εξέτασης αιμάτωσης μυοκαρδίου με 99mTc-Tetrofosmin, τόσο σε κατάσταση κόπωσης όσο και σε κατάσταση ηρεμίας.

Για κάθε ασθενή δημιουργήθηκαν τρισδιάστατες εικόνες SPECT, από τις οποίες υπολογίστηκε ένας Δείκτης Ποσοτικοποίησης (Index of Quantification – IQ), βασισμένος στον όγκο ενδιαφέροντος (Volume of Interest – VOI) του μυοκαρδίου. Ο δείκτης κυμαινόταν από 1, που αντιστοιχεί σε φυσιολογική αιμάτωση, έως 2, που υποδηλώνει τη μέγιστη βαρύτητα των ισχαιμικών αλλοιώσεων.

Η DatAnalysis ανέλαβε τη διαχείριση των απεικονιστικών δεδομένων, την ανάπτυξη της βάσης δεδομένων και την προετοιμασία των πληροφοριών για την ποσοτική και στατιστική αξιολόγηση των εικόνων.

Στατιστική Ανάλυση

Η στατιστική και υπολογιστική επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον MATLAB (R2011b), όπου αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι για την αυτοματοποιημένη ποσοτικοποίηση των διαφορών μεταξύ των εικόνων κόπωσης και ηρεμίας.

Αρχικά προσδιορίστηκε το κατάλληλο κατώφλι έντασης για την απομόνωση της επιφάνειας του μυοκαρδίου από τις υπόλοιπες δομές της εικόνας, αξιοποιώντας ιστογράμματα κατανομής των δεδομένων. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν σφαιρικές αρμονικές (Spherical Harmonics) για τη μαθηματική μοντελοποίηση της τρισδιάστατης γεωμετρίας του μυοκαρδίου και την ακριβή ποσοτικοποίηση των διαφορών μεταξύ των εξετάσεων.

Με βάση τον δείκτη ποσοτικοποίησης (IQ), οι ασθενείς ταξινομήθηκαν σε τρεις κατηγορίες: φυσιολογική αιμάτωση, αναστρέψιμη ισχαιμία και μη αναστρέψιμη ισχαιμία. Η DatAnalysis συνέβαλε στην ανάπτυξη και αξιολόγηση των υπολογιστικών αλγορίθμων και στη στατιστική τεκμηρίωση της διαγνωστικής τους ακρίβειας.

Αποτελέσματα

Η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου κατέδειξε ότι η τρισδιάστατη ποσοτικοποίηση των διαφορών μεταξύ των εξετάσεων SPECT σε κατάσταση κόπωσης και ηρεμίας μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την αναγνώριση ισχαιμικών αλλοιώσεων του μυοκαρδίου.

Η ανάπτυξη αλγορίθμων τοπογραφικής κατάτμησης και τρισδιάστατης μοντελοποίησης επέτρεψε ακριβέστερη αξιολόγηση μικρών και δυσδιάκριτων ελλειμμάτων αιμάτωσης, βελτιώνοντας τη διαγνωστική αξιοπιστία στην εκτίμηση των συσταλτικών ανωμαλιών της αριστερής κοιλίας. Παράλληλα, η ποιοτικότερη απεικόνιση και η αντικειμενική ποσοτικοποίηση των δεδομένων δημιουργούν προοπτικές για αποτελεσματικότερη πρόληψη και έγκαιρη διάγνωση της στεφανιαίας νόσου.

Η συμβολή της DatAnalysis

Η συγκεκριμένη ερευνητική εργασία αναδεικνύει την εξειδίκευση της DatAnalysis στην ανάλυση βιοϊατρικών δεδομένων, στην επεξεργασία ιατρικών εικόνων και στην ανάπτυξη προηγμένων στατιστικών και υπολογιστικών μοντέλων. Μέσα από τη συνδυαστική αξιοποίηση τεχνικών ανάλυσης εικόνας, τρισδιάστατης μοντελοποίησης και ποσοτικής αξιολόγησης, η DatAnalysis συνέβαλε στην ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεθοδολογίας που ενισχύει τη διαγνωστική ακρίβεια της πυρηνικής καρδιολογίας και υποστηρίζει την έγκαιρη ανίχνευση ισχαιμικών αλλοιώσεων, συμβάλλοντας στη βελτίωση της κλινικής λήψης αποφάσεων και της φροντίδας των ασθενών.