"MR nyrer med funksjonell avbildning - en tverrfaglig satsning" prosjektnummer 12087

"MR nyrer med funk. avbildning - en tverrfaglig satsning"Opptak på friske frivillige. Fokusert på optimalisering av opptaksteknikken på den nye 1,5 MR maskinen. Videre har vi arbeidet med problemer knyttet til den basal bildebehandlingen, dvs registrering av tidsserien og segmentering av nyrevev. Vi har foreslått en algoritme for automatisk beregning flow nyrearterien vha et fasekontrast mr opptak.The last year the following research task were performed: 1. Development of an automated approach to analyse 2D phase-contrast (PC) MRI flow measurements of the renal arteries Goal of this approach was to automate the analysis of blood flow and velocity information that can be derived from PC-MRI examinations. The blood flow and velocity information is an important parameter for renal artery stenosis grading. By now, often manual delineation of the vessel lumen is performed to derive the aforementioned parameters. In this approach k-means clustering has been utilised to derive such segmentation. On 10 data sets, the method has been evaluated. The proposed method could robustly segment the vessel lumen in the images. Results have been published on two conferences and a journal article has been published. 2. A virtual (in silico) kidney phantom Goal of this approach was to develop a gold standard model of the kidney to evaluate robustly image registration, segmentation, and pharmacokintic modelling algorithms. The model consists of a bean shaped ellipsoid with three compartments similar to the human kidney. Also feeding arteries have been modelled. In addition, rotations and translations simulating movements could be applied to the model as well as an intensity profile similar to real tracer kinetics. First results show, that this model could be used successfully for the aforementioned tasks. These results have been presented on the ESMRMB 2008. 3. A image registration approach that was implemented on a high performance computing system Goal of this approach was to develop a method to test several image registration algorithms in parallel. Image registration is computational expensive task. However, during development of image registration algorithms, fast testing of methods and parameters is needed. Therefore, we analysed the already instantiated image registration approach for the kidney DCE-MRI data. Since the time points measured during acquisition are independent when registered, this step could be easily run in parallel. This work has been also presented in a conference. Publications: A. Anderlik, F. Zöllner, I. Brox, C. Anderlik, J. Rørvik and A. Lundervold. Motion correction of DCE-MRI from kidneys using High Performance Computing. Proceedings of the ESMRMB 2008 (2008). A. Anderlik, F. Zöllner, J. Rørvik, A. Lundervold and A. Munthe-Kaas. Functional kidney imaging in silico - a framework for studying motion correction and pharmacokinetics. Proceedings of the ESMRMB 2008 (2008). F. Zöllner, J. Monnsen, A. Lundervold and J. Rørvik. Flow Quantification from 2D Phase Contrast MRI in Renal Arteries using Clustering. In Meinzer, H.-P. and Handels, H. and Horsch, A. and Deserno, T.M. and Tolxdorff, T. and Braun, J. (ed.), Bildverarbeitung für die Medizin 2008 - Algorithmen, Systeme, Anwendungen , Informatik Aktuell, pp.377-381 , Springer (2008). F. Zöllner, J. Monnsen, J. Rørvik and A. Lundervold. Towards Clustering Phase Contrast MR Images for Flow Quantification in Renal Arteries. Proceedings of the ESMRMB 2008 (2008). F. Zöllner, J. Monssen, J. Rørvik, A. Lundervold and L. Schad. Blood Flow Quantification from 2D Phase Contrast MRI in Renal Arteries using an Unsupervised Data Driven Approach. Zeitschrift für Medizinische Physik. In press. (http://dx.doi.org/10.1016/j.zemedi.2008.10.011) F. Zöllner, R. Sance, P. Rogelj, M. Ledesma-Carbayo, J. Rørvik, A. Santos and A. Lundervold. Assessment of 3D DCE-MRI of the kidneys using non-rigid image registration and segmentation of voxel time-courses. Computerized Medical Imaging and Graphics, 2008. In press.

MR nyrer med funksjonell avbildning - en tverrfaglig satsningMålet er å etablere et digitalt analyseverktøy som på grunnlag av en MR prosedyre kan gi kvalitative og kvantitative mål for både morfologiske og funksjonelle parametre ved ulike sykdommer i nyrene. Det er etablert et tverrfaglig samarbeid mellom ulike enheter ved HUS, Uib, Christian Michelsen`s institutt samt flere utenlandske institusjoner.I 2007 har vi arbeidet videre med å utvikle bildeopptaket som i en prosedyre kan gi gode mål på: 1. Nyrenes morfologi 2. Flowmålinger i nyrearteriene 3. Kvalitative mål på perfusjonen 4. Kvalitative og kvantitative mål på filtrasjonen i nyrene. 5. Avløpsforholdene i nyrene. Den største utfordringen har vært å utvikle algoritmer for registrering og segmentering av bildedata i en dynamisk bildeserie av nyrene etter intravenøs kontrast. Dette er en nødvendig forutsetning som må være oppfylt får å få nøyaktige kvantitative mål. Bildeanalytiker Frank Zoellner (100% forskerstilling ved Institutt for kirurgiske fag) har i samarbeid med Prof Arvid Lundervold (Institutt for biomedisin)har gjort et stort arbeid og resultatene er blitt presentert på flere internasjonale kongresser. Fra 2008 vil Frank Zoellner være ansatt i bildegruppen knyttet til radiologisk avdeling ved universitetet i Mannheim. Frank fortsetter i en 10%-stilling ved Institutt for kirurgiske fag/uib slik at kan utvikles videre i et samarbeid med nyregruppen til Prof Schoenberg ved universitetet i Mannheim. Fra 2008 er nyreprosjektet blitt en del av MedViz. Det er etablert et samarbeid mellom Institutt for kirurgiske fag/Radiologisk avdeling (Jarle Rørvik), Institutt for biomedisin (Prof Arvid Lundervold), Institutt for matematikk (Prof Antonella Munthe Kaas)og Christian Michelsen Institutt (Dag Magne Ulving) som inen sommeren 2008 skal ha utviklet en prototype av et dataprogram for måling av morfologiske og funksjonelle parametre som kan prøves ut i en klinisk studie. Referanser: 1. Prosject report 2007 - Frank Zoell. Publications of the Project During the two years 7 peer-reviewed conference publications were published/accepted and one journal article has been submitted and is under review. 1. Zöllner F.G et al.: Assessment of 3D DCE-MRI of the kidneys using non-rigid image registration and segmentation of voxel time-courses. Computerized Medical Imaging and Graphics (2007) submitted. 2. Rogelj, P., Zöllner et al.: Motion correction of contrast-enhanced mri time series of kidney. In: International Electrotechnical and Computer Science Conference, Portoro, Slovenia, IEEE (2007) . 3. Sance, R et al.: Motion correction in dynamic DCE-MRI studies for the evaluation of the renal function. Magn Reson Mater Phy 19 (2006) 106-107 4. Zöllner, F.G et al.: Assessment of Renal Function from Motion-Corrected 3D DCE-MRI using Clustering and Independant Componant Analysis. In: Proceedings of the ISMRM. Volume 15., Berlin (2007) 3052 5. Zöllner, F.G.et al Assessment of Renal Function from 3D Dynamic Contrast Enhanced MR images using Independent Component Analysis. In Meinzer, H.P., Handels, H., Horsch, A., Deserno, T., Tolxdorff, T., eds.: Bildverarbeitung fŸr die Medizin 2007 - Algorithmen, Systeme, Anwendungen. Informatik Aktuell, Springer (2007) 237-241 6. Zöllner, F.G et al.: Assessment of Kidney Function from Motion-Corrected DCE-MRI Voxel Time-Courses using Independent Component Analysis (2006) Workshop on Mining Brain Dynamics - Independent Component Analysis in Neuroimaging. International collaborations researchers and groups in Europe: •Dr. Steven Sourbron, Institute for Clinical Radiology, LMU München, Germany •Dr. David Buckley, Imaging Science & Biomedical Engineering, University of Manchester , UK •Dr. Micheal Pedersen, Aarhus, MR-Center, University of Aarhus, Denmark •Prof. Santos, Biomedical Image Technology Group, Dept. of Electronic Engineering, Technical University of Madrid, Spain •Prof. Materka, Medical Electronics Division, Technical University of Lodz, Poland •Prof. Stanislav Kovacic, Machine Vision Group, University of Lubljana, Slovenia

MR nyrefunksjonOppsummering: Ved HUS / UiB har det fra høsten 2004 være optimalt utstyr for både eksperimentelle (7,0 Tesla dyre-mr) og kliniske studier (1,5 og 3,0 Tesla pasient-mr) der nye MR undersøkelser for måling og avbildning av ulike aspekter av nyrefunksjonen kan utvikles og evalueres.MR nyrer med funksjonell avbildning – en tverrfaglig satsning Videreføring av prosjekt – sammendrag av resultater og revidert prosjektplan Sammendrag av resultater fra forsøk i prosjektet i perioden 2005-2006 Prosjektgruppens hovedmål om å utvikle og evaluere en MR-prosedyre som i en seanse kan framstille både nyrenes anatomi og funksjon, er ennå ikke fullt ut oppnådd. Vi har etablert en prosedyre for 1,5 MR som gir morfologi, nyreangiografi og visualisering av perfusjon og ekskresjon i nyrene (renografi). For å komme fram til denne prosedyren er det gjennomført 10 undersøkelser av friske frivillige på 1,5 MR maskinen. Vi har ennå ikke klart å etablere en tilsvarende prosedyre for 3,0 Tesla MR. Vi har gjennomført 10 undersøkelser av friske frivillige på 3,0 Tesla MR-maskinen. Imidlertid har vi møtt på uventa problem med å finne fram til det optimale bildeopptaket (pulssekvens) og ulike artefakter knyttet til 3 Tesla mr teknologien. 3 Tesla MR er ennå en ung teknikk og det gjenstår fortsatt en del utprøving før vi får fullgode bildeopptak. En generell hovedutfordring for både 1,5 og 3,0 Tesla MR er utvikling av metoder for bildebehandling, avanserte modeller for registrering, segmentering og volumetri av mr bildedata. Dette har krevd mye realfaglig kompetanse og arbeid og det er etablert samarbeid med flere universitetsmiljøer i Europa (Madrid i Spania, Ljublijana i Slovenia, Lodz i Polen). De største kostnadene i prosjektet har vært knyttet til dette. Dette arbeidet har vært ledet av førsteamanuensis Arvid Lundervold og Erling Andersen. Følgende arbeid er gjort: 1. Eirik Roald Ree (masterstudent ntnu): Segmentation of kidneys from mr-images. Mastergrad NTNU 2005 2. Inge Skjælaaen (fysiker): Evaluering av levelset-metode for nyresegmentering – sommerjobb /intern rapport 3. Martin Ystad (cand med): Evaluering av bildekvalitet ved bruk av ulike pulssekvenser – intern rapport 4. Rosario Santes ( Msc) - ECOST / Frank Gerrit Zoellner (PhD) - egenfinasiering / Arvid Lundervold Publikasjoner fra gruppen under punkt 4 (ECOST): 1. Lundervold A. MR imaging of kindney structure and function. Invited talk at EC COST B21 ("Physiological modelling of MR image formation") WG1 meeting, Alghero, Sardinia, March 30th, 2006. 2. Sance R, Ledesma-Carbayo MJ, Lundervold A, Santos A. Image registration for quantitative analysis of kidney function using MRI. Presented at Fifth International Workshop on Information Optics, June 5-7, 2006, Toledo, Spain. (http://www.iv.optica.csic.es/wio-06/WIO062.htm) 3. Sance R, Rogelj P, Ledesma-Carbayo MJ. Anderlik A, Zoellner FG, Rorvik J, Lundervold A, Santos A. Motion correction in dynamic DCE-MRI studies for the evaluation of renal function. Accepted for oral presentation at ESMRMB 2006, Warsaw, Poland, Sept 21-23, 2006. 4. Zoellner FG, Sance R, Anderlik A, Rorvik J, Kocinski M, Lundervold A. Towards quantification of kidney function by clustering volumetric MRI perfusion time series.Accepted for oral presentation at ESMRMB 2006, Warsaw, Poland, Sept 21-23, 2006.

MR nyrer med funksjonell avbildning - en tverrfaglig satsningNyrenes og urinveienes anatomi kan i dag framstilles godt med radiologiske metoder. Magnetisk resonans har poteniale til framstille både nyrenes anatomi og funksjon i en undersøkelse. Forskere ved HUS/Uib har dannet en tverrfaglig prosjektgruppe med mål om å utvikle undersøkelser av nyrefunksjonen ved hjelp av magnetisk resonans (MR).Prosjektet er har i hovedsak løpt etter planen. Det er undersøkt 12 pilotpasienter på 1,5 Tesla og 3 Tesla MR-maskinen for å optimalisere prosedyren. Det har vist seg at dette har krevd en del mer grunnarbeid i forhold til registrering av rådata i de dynamisk i bildeopptakene som har bestått av 18 bildeopptak tatt i et bestemt tidsforløp. Disse opptakene vil både visuelt i bildene og ved kurver vise forløpet av blodgjennomstrømmingen i nyerene. Bildeanalytiker Arvid Lundervold ved institutt for biomedisin arbeider med denne problematikken. Han har knyttet til seg en stud med ved med fak, en PhD-student ved institutt for biomed og samarbeidpartnere ved Universitet i Madrid. Det er planlagt et arbeidsseminar ultimo februar der de nevnte fagfolkene vil sammens med resten av prosjektgruppen oppsummere reultatene så langt og legge en plan for det videre arbeidet. Utfordringene knyttet til registrering av bildedata vil bli løst i løpet av våren 2006. Det vil bli en del utgifter knyttet til det. Den andre hovedutfordringen for etablering av dette dynamiske bildeopptaket som et praktiskt brukbart verktøy for legene til å stille diagnoser er knyttet til de store mengdene bildedata. Dette vil kreve en eller annen form for automatisk bildeanalyse. Siv ing Stig Samnøy (20% bistilling ved HUS) har kommet langt med en slik automatisk bildeanalyse. Vi har besøkt Universitet i Lindkøping der de har et sterkt miljø for visualisering. Stig vil utvikle samarbeidet med det snteret. Planen er å starte inkludering av pasienter før sommeren 2006 som vil kreve kjøp av maskintid på MR, leige av radiograf og kjøp av kontrastmiddel. Aktuelle pasienter er pasienter med sekundær hypertensjon, dvs høyt blodtrykk pga stenose på nyrearteriene og pasienter med nyresvikt pga av ner diffus sykdom i nyrearteriene.