Characterization of multifocal T2*-weighted MRI hypointensities in the basal ganglia of elderly, community-dwelling subjects

AbstractMultifocal T2*-weighted (T2*w) hypointensities in the basal ganglia, which are believed to arise predominantly from mineralized small vessels and perivascular spaces, have been proposed as a biomarker for cerebral small vessel disease. This study provides baseline data on their appearance on conventional structural MRI for improving and automating current manual segmentation methods. Using a published thresholding method, multifocal T2*w hypointensities were manually segmented from whole brain T2*w volumes acquired from 98 community-dwelling subjects in their early 70s. Connected component analysis was used to derive the average T2*w hypointensity count and load per basal ganglia nucleus, as well as the morphology of their connected components, while nonlinear spatial probability mapping yielded their spatial distribution. T1-weighted (T1w), T2-weighted (T2w) and T2*w intensity distributions of basal ganglia T2*w hypointensities and their appearance on T1w and T2w MRI were investigated to gain further insights into the underlying tissue composition. In 75/98 subjects, on average, 3 T2*w hypointensities with a median total volume per intracranial volume of 50.3ppm were located in and around the globus pallidus. Individual hypointensities appeared smooth and spherical with a median volume of 12mm3 and median in-plane area of 4mm2. Spatial probability maps suggested an association between T2*w hypointensities and the point of entry of lenticulostriate arterioles into the brain parenchyma. T1w and T2w and especially the T2*w intensity distributions of these hypointensities, which were negatively skewed, were generally not normally distributed indicating an underlying inhomogeneous tissue structure. Globus pallidus T2*w hypointensities tended to appear hypo- and isointense on T1w and T2w MRI, whereas those from other structures appeared iso- and hypointense. This pattern could be explained by an increased mineralization of the globus pallidus. In conclusion, the characteristic spatial distribution and appearance of multifocal basal ganglia T2*w hypointensities in our elderly cohort on structural MRI appear to support the suggested association with mineralized proximal lenticulostriate arterioles and perivascular spaces

On motion in dynamic magnetic resonance imaging: Applications in cardiac function and abdominal diffusion

La imagen por resonancia magnética (MRI), hoy en día, representa una potente herramienta para el diagnóstico clínico debido a su flexibilidad y sensibilidad a un amplio rango de propiedades del tejido. Sus principales ventajas son su sobresaliente versatilidad y su capacidad para proporcionar alto contraste entre tejidos blandos. Gracias a esa versatilidad, la MRI se puede emplear para observar diferentes fenómenos físicos dentro del cuerpo humano combinando distintos tipos de pulsos dentro de la secuencia. Esto ha permitido crear distintas modalidades con múltiples aplicaciones tanto biológicas como clínicas. La adquisición de MR es, sin embargo, un proceso lento, lo que conlleva una solución de compromiso entre resolución y tiempo de adquisición (Lima da Cruz, 2016; Royuela-del Val, 2017). Debido a esto, la presencia de movimiento fisiológico durante la adquisición puede conllevar una grave degradación de la calidad de imagen, así como un incremento del tiempo de adquisición, aumentando así tambien la incomodidad del paciente. Esta limitación práctica representa un gran obstáculo para la viabilidad clínica de la MRI. En esta Tesis Doctoral se abordan dos problemas de interés en el campo de la MRI en los que el movimiento fisiológico tiene un papel protagonista. Éstos son, por un lado, la estimación robusta de parámetros de rotación y esfuerzo miocárdico a partir de imágenes de MR-Tagging dinámica para el diagnóstico y clasificación de cardiomiopatías y, por otro, la reconstrucción de mapas del coeficiente de difusión aparente (ADC) a alta resolución y con alta relación señal a ruido (SNR) a partir de adquisiciones de imagen ponderada en difusión (DWI) multiparamétrica en el hígado.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaDoctorado en Tecnologías de la Información y las Telecomunicacione

MAGNIMS recommendations for harmonization of MRI data in MS multicenter studies

Harmonization; MRI; Multiple sclerosisHarmonització; Ressonància magnètica; Esclerosi múltipleArmonización; Resonancia magnética; Esclerosis múltipleThere is an increasing need of sharing harmonized data from large, cooperative studies as this is essential to develop new diagnostic and prognostic biomarkers. In the field of multiple sclerosis (MS), the issue has become of paramount importance due to the need to translate into the clinical setting some of the most recent MRI achievements. However, differences in MRI acquisition parameters, image analysis and data storage across sites, with their potential bias, represent a substantial constraint. This review focuses on the state of the art, recent technical advances, and desirable future developments of the harmonization of acquisition, analysis and storage of large-scale multicentre MRI data of MS cohorts. Huge efforts are currently being made to achieve all the requirements needed to provide harmonized MRI datasets in the MS field, as proper management of large imaging datasets is one of our greatest opportunities and challenges in the coming years. Recommendations based on these achievements will be provided here. Despite the advances that have been made, the complexity of these tasks requires further research by specialized academical centres, with dedicated technical and human resources. Such collective efforts involving different professional figures are of crucial importance to offer to MS patients a personalised management while minimizing consumption of resources

MAGNIMS recommendations for harmonization of MRI data in MS multicenter studies

There is an increasing need of sharing harmonized data from large, cooperative studies as this is essential to develop new diagnostic and prognostic biomarkers. In the field of multiple sclerosis (MS), the issue has become of paramount importance due to the need to translate into the clinical setting some of the most recent MRI achievements. However, differences in MRI acquisition parameters, image analysis and data storage across sites, with their potential bias, represent a substantial constraint. This review focuses on the state of the art, recent technical advances, and desirable future developments of the harmonization of acquisition, analysis and storage of large-scale multicentre MRI data of MS cohorts. Huge efforts are currently being made to achieve all the requirements needed to provide harmonized MRI datasets in the MS field, as proper management of large imaging datasets is one of our greatest opportunities and challenges in the coming years. Recommendations based on these achievements will be provided here. Despite the advances that have been made, the complexity of these tasks requires further research by specialized academical centres, with dedicated technical and human resources. Such collective efforts involving different professional figures are of crucial importance to offer to MS patients a personalised management while minimizing consumption of resource

Fusion and Analysis of Multidimensional Medical Image Data

Analýza medicínských obrazů je předmětem základního výzkumu již řadu let. Za tu dobu bylo v této oblasti publikováno mnoho výzkumných prací zabývajících se dílčími částmi jako je rekonstrukce obrazů, restaurace, segmentace, klasifikace, registrace (lícování) a fúze. Kromě obecného úvodu, pojednává tato disertační práce o dvou medicínsky orientovaných tématech, jež byla formulována ve spolupráci s Philips Netherland BV, divizí Philips Healthcare. První téma je zaměřeno na oblast zpracování obrazů subtrakční angiografie dolních končetin člověka získaných pomocí výpočetní X-Ray tomografie (CT). Subtrakční angiografie je obvykle využívaná při podezření na periferní cévní onemocnění (PAOD) nebo při akutním poškození dolních končetin jako jsou fraktury apod. Současné komerční metody nejsou dostatečně spolehlivé už v předzpracování, jako je například odstranění pacientského stolu, pokrývky, dlahy, apod. Spolehlivost a přesnost identifikace cév v subtrahovaných datech vedoucích v blízkosti kostí je v důsledku Partial Volume artefaktu rovněž nízká. Automatické odstranění kalcifikací nebo detekce malých cév doplňujících nezbytnou informaci o náhradním zásobení dolních končetin krví v případě přerušení hlavních zásobujících cév v současné době rovněž nesplňují kritéria pro plně automatické zpracování. Proto hlavním cílem týkající se tohoto tématu bylo vyvinout automatický systém, který by mohl současné nedostatky v CTSA vyšetření odstranit. Druhé téma je orientováno na identifikaci patologických změn na páteři člověka v CT obrazech se zaměřením na osteolytické a osteoblastické léze u jednotlivých obratlů. Tyto změny obvykle nastávají v důsledků postižení metastazujícím procesem rakovinového onemocnění. Pro detekci patologických změn je pak potřeba identifikace a segmentace jednotlivých obratlů. Přesnost analýzy jednotlivých lézí však závisí rovněž na správné identifikaci těla a zadních segmentů u jednotlivých obratlů a na segmentaci trabekulárního centra obratlů, tj. odstranění kortikální kosti. Během léčby mohou být pacienti skenováni vícekrát, obvykle s několika-mesíčním odstupem. Hodnocení případného vývoje již detekovaných patologických změn pak logicky vychází ze správné detekce patologií v jednotlivých obratlech korespondujících si v jednotlivých akvizicích. Jelikož jsou příslušné obratle v jednotlivých akvizicích obvykle na různé pozici, jejich fúze, vedoucí k analýze časového vývoje detekovaných patologií, je komplikovaná. Požadovaným výsledkem v tomto tématu je vytvoření komplexního systému pro detekci patologických změn v páteři, především osteoblastických a osteolytických lézí. Takový systém tedy musí umožnovat jak segmentaci jednotlivých obratlů, jejich automatické rozdělení na hlavní části a odstranění kortikální kosti, tak také detekci patologických změn a jejich hodnocení. Ačkoliv je tato disertační práce v obou výše zmíněných tématech primárně zaměřena na experimentální část zpracování medicínských obrazů, zabývá se všemi nezbytnými kroky, jako je předzpracování, registrace, dodatečné zpracování a hodnocení výsledků, vedoucími k možné aplikovatelnosti obou systému v klinické praxi. Jelikož oba systémy byly řešeny v rámci týmové spolupráce jako celek, u obou témat jsou pro některé konkrétní kroky uvedeny odkazy na doktorskou práci Miloše Malínského.Analysis of medical images has been subject of basic research for many years. Many research papers have been published in the field related to image analysis and focused on partial aspects such as reconstruction, restoration, segmentation and classification, registration (spatial alignment) and fusion. Besides the introduction of related general concepts used in medical image processing, this thesis deals with two specific medical problems formulated in cooperation with Philips Netherland BV, Philips Healthcare division. The first topic is focused on subtraction angiography in patients’ lower legs utilizing image data from X-Ray computed tomography (CT). CT subtraction angiography (CTSA) is typically used for indication of the Peripheral Artery Occlusive Disease (PAOD) and for examination of acute injuries of lower legs such as acute fractures, etc. Current methods in clinical praxis are not sufficient regarding the pre-processing such as masking of patient desk, cover, splint, etc. The subtraction of blood vessels adjacent to neighboring bones in lower legs is of low accuracy due to the Partial Volume artifact. Masking of calcifications and detection of tiny blood vessels complementing necessary information about the alternative blood supply in lower legs in case of obstruction in main arteries is also not reliable for fully automated process presently. Therefore, the main aim regarding this topic was to develop an automated framework that could overcome current shortcomings in CTSA examination. The second topic is oriented on the identification and evaluation of pathologic changes in human spine, focusing on osteolytic and osteoblastic lesions in individual vertebrae in CT images. Such changes occur typically as a consequence of metastasizing process of cancerous disease. For the detection of pathologic changes, an identification and segmentation of individual vertebrae is necessary. Moreover, the analysis of individual lesions in vertebrae depends also on correct identification of vertebral body and posterior segments of each vertebra, and on segmentation of their trabecular centers. Patients are typically examined more than once during their therapy. Then, the evaluation of possible tumorous progression is based on accurate detection of pathologies in individual vertebrae in the base-line and corresponding follow-up images. Since the corresponding vertebrae are in mutually different positions in the follow-up images, their fusion leading to the analysis of the lesion progression is complicated. The main aim regarding this topic is to develop a complex framework for detection of pathologic lesions on spine, with the main focus on osteoblastic and osteolystic lesions. Such system has to provide not only reliable segmentation of individual vertebrae and detection of their main regions but also the masking of their cortical bone, detection of their pathologic changes and their evaluation. Although this dissertation thesis is primarily oriented at the experimental part of medical image processing considering both the above mentioned topics, it deals with all necessary processing steps, i.e. preprocessing, image registration, post-processing and evaluation of results, leading to the future use of both frameworks in clinical practice. Since both frameworks were developed in a team, there are some chapters referring to the dissertation thesis of Milos Malinsky.