Comprehensive Visualization of Cardiac MRI Data

Abstract

Koronare Herzkrankheit ist eine der führenden Todesursachen in derwestlichen Welt. Die kontinuierliche Verbesserung der Magnetresonanztomographie(MRT) erleichtert genauere Diagnosen, indem sie immerdetailliertere Informationen über die Lebensfähigkeit, das Funktionieren,die Durchblutung und die Anatomie des Herzens eines Patienten liefert.Diese zunehmende Menge an Informationen schafft die Notwendigkeit füreffizientere und effektivere Mittel der Verarbeitung dieser Daten.Diese Dissertation präsentiert mehrere neue Techniken, die eine umfassendereVisualisierung des Patienten bei der Diagnose von Erkrankungender Herzkranzgefäße mittels MRT unterstützen. Das volumetrische Polardiagramwird als Erweiterung des Polardiagrams, welches eine bestehendeVisualusierungstechnik in der klinischen Praxis ist, eingeführt. Diesesneuartige Konzept bietet eine umfassendere Sicht auf die Lebensfähigkeitdes Herzens eines Patienten, indem detaillierte Informationen über dieTransmuralität der Narbe ohne Diskontinuitäten bereitgestellt werden.Anatomische Zusammenhänge gehen in abstrakten Darstellungen vonDaten häufig verloren. Darüberhinaus liefern einige Arten von Scansrelativ wenig anatomischen Kontext. Mehrere Techniken zur Wiederherstellungdes anatomischen Bezugs werden vorgestellt. Die primärenKoronararterien sind in einem Scan des ganzen Herzens segmentiert undwerden auf ein volumetrisches Polardiagram abgebildet. Hierbei wirdder abstrakten Repräsentation anatomischer Kontext hinzugefügt. Ebenso,werden segmentierte späte Anreicherungs Daten zusammen mit einerdrei-dimensionalen Segmentierung des patientenspezifischen Herzmuskelsund koronarer Anatomie dargestellt. Darüberhinaus werden koronareVersorgungsgebiete aus den patientenspezifischen Daten berechnet. Diesbedeutet eine Verbesserung gegenüber Modellen welche auf Bevölkerungsdurchschnittenbasieren.Informationen über die Durchblutung des Herzmuskels welche ausMRT-Aufnahmen abgeleitet werden können sind in der Regel von relativgeringer Auflösung. Unter Verwendung hochauflösender anatomischenDaten wird ein Konzept für die Visualisierung simulierter Durchblutungdes Herzmuskels präsentiert. Dabei wird die detaillierte Information überdie Durchblutung genutzt. Schließlich, wird eine wirklich umfassendeVisualisierung einer Herz-MRT-Untersuchung erforscht. Dabei werden Scans des ganzen Herzens, der Herzvitalität, der Herzfunktion und derDurchblutung in einer einzigen Visualisierung kombiniert. Die eingeführtenKonzepte fördern den Aufbau eines umfassenderen Überblicksüber den Patienten. Die dabei zusätzlich gewonnene Information kann fürden Diagnoseprozess von Nutzem sein. - Coronary artery disease is one of the leading causes of death in the westernworld. The continuous improvements in magnetic resonance imagingtechnology facilitate more accurate diagnoses by providing increasinglymore detailed information on the viability, functioning, perfusion, andanatomy of a patient s heart. This increasing amount of information createsthe need for more efficient and more effective means of processing thesedata.This thesis presents several novel techniques that facilitate a morecomprehensive visualization of a patient s heart to assist in the diagnosisof coronary artery disease using magnetic resonance imaging (MRI). Thevolumetric bull s eye plot is introduced as an extension of an existingvisualization technique used in clinical practice the bull s eye plot. Thisnovel concept offers a more comprehensive view on the viability of apatient s heart by providing detailed information on the transmurality ofscar while not suffering from discontinuities.Anatomical context is often lost due to abstract representations of data,or may be scarce due to the nature of the scanning protocol. Severaltechniques to restore the relation to anatomy are presented. The primarycoronary arteries are segmented in a whole heart scan and mapped ontoa volumetric bull s eye plot, adding anatomical context to an abstractrepresentation. Similarly, segmented late enhancement data are renderedalong with a three-dimensional segmentation of the patient-specific myocardialand coronary anatomy. Additionally, coronary supply territoriesare computed from patient-specific data as an improvement over modelsbased on population averages.Information on the perfusion of the myocardium provided by MRI istypically of fairly low resolution. Using high-resolution anatomical data,an approach to visualize simulated myocardial perfusion is presented,taking full advantage of the detailed information on perfusion. Finally, atruly comprehensive visualization of a cardiac MRI exam is explored bycombining whole heart, late enhancement, functional, and perfusion scansin a single visualization. The concepts introduced help to build a morecomprehensive view of the patient and the additional information mayprove to be beneficial for the diagnostic process.