4D Narbendarstellung des Herzens Visualisierung und Modellierung der Dynamik und Funktion des linken Ventrikels

Über medizinische Bildgebungsverfahren ist es Ärzten möglich, einen Einblick in den menschlichen Körper und seine komplexen Vorgänge zu erhalten und so Diagnose und Behandlungsplanung zu erstellen. Besonders nach einem Herzinfarkt ist eine Abschätzung des Ausmaßes der Beeinträchtigung der Herzfunktion notwendig. Dafür, aber auch für eine prophylaktische Einschätzung der Herztätigkeit, können Parameter berechnet werden, die die Funktion des Herzens beschreiben. Aufgrund der Masse an Bilddaten, die für eine solche Berechnung anfallen, sind automatische, intuitiv bedienbare Applikationen notwendig, um den Arzt bei seiner Diagnose zu unterstützen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der drei- und vierdimensionalen Darstellung der Funktion und Deformation des linken Ventrikels bei Herzinfarktpatienten. Eine Visualisierung der Ventrikelfunktion mit Überlagerung des vernarbten Gewebes illustriert die durch den Infarkt hervorgerufenen Bewegungsstörungen. Untersucht wurde der Zusammenhang der Lokalisierung des vernarbten Gewebes zu Bereichen mit kritischen Funktionsparametern. Dazu wurde ein automatisches Verfahren entwickelt, dass ein dreidimensionales, die Funktionsparameter farbkodierendes Modell des linken Ventrikels zu jeder Herzphase erstellt und zudem einen Satz von Bewegungsvektoren über den Herzzyklus ableitet. Die Deformationsfelder werden für eine künstliche Deformation auf den nur zu einem Zeitpunkt im Herzzyklus vorhandenen statischen Datensatz (late enhancement) angewendet. Es zeigt sich, dass neben einer intuitiven Erkenntnis der Bewegungsstörungen durch den in einer Animation simulierten Pumpvorgang, die überlagerte Visualisierung der Deformation des Narbendatensatzes dem Arzt eine kompakte Informationsdarstellung bietet. Über direkte Visualisierungstechniken wird der Narbenbereich zufrieden stellend hervorgehoben visualisiert. Für eine Darstellung und Beurteilung der Qualtät des entwickelten Verfahrens, wurde es an Daten von 12 Herzinfarktpatienten getestet und ausgewertet.

Medical imaging technologies deliver insight into the human body and its complex procedures. With the help of this further knowledge physicians can diagnose and develop an appropriate medical treatment. The degree of impairment after heart infarction plays an important role for further treatment. Parameters describing the heart function can be computed and support the diagnosis. To deal with the great amount of data, automatic and intuitive handable applications are needed. This work presents the visualization of left ventricular myocardial function and cardiac deformations. The fusion of functional parameters and extracted deformation fields computed from cine MRI data illustrates the movement of the ventricle and points out ischemic or infarcted areas of the heart wall. A fully automatic approach for colour-coded visualization of left ventricular function in a three dimensional model with an overlaid deformed volume is proposed. Therefore the deformation of the ventricle is extracted from the cine data and assigned to a static volume with highlighted scary tissue (late enhancement). This approach does not only present an intuitive access to the problematic areas of the ventricle through simulated pumping of the heart. It also demonstrates a compact representation of information for the physician. The implemented algorithm has been tested and validated with data of 12 patients who suffered from heart failure.