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Gewählte Publikation:
Zach, B.
Morphometrische Texturanalyse des Herzens und der Herzmuskelfasern
Doktoratsstudium der Medizinischen Wissenschaft; Humanmedizin; [ Dissertation ] Graz Medical University; 2016. pp.
[OPEN ACCESS]
FullText
- Autor*innen der Med Uni Graz:
- Betreuer*innen:
- Ahammer Helmut
- Asslaber Martin
- Hofer Ernst
- Altmetrics:
- Abstract:
- Hintergrund: Im Myokard ist im fortgeschrittenen Lebensalter mit Diskontinuitäten bei der Erregungsausbreitung zu rechnen. Strukturänderungen lassen eine nur mehr stückweise kontinuierliche Ausbreitung von entkoppelten Erregungswellen erwarten. Die Depolarisationssignale sind als fraktionierte Elektrogramme mit multiplen Auslenkungen charakterisiert. Diese können zueinander Latenzen (msec) aufweisen und als fraktionierte Aktivierungswellen zueinander parallel, orthogonal oder sogar gegengleich gerichtet sein. Am Institut für Biophysik der Medizinischen Universität Graz (MUG) wurde eine Messtechnik entwickelt, mit der eine elektrische Charakterisierung der Makro- und Mikroerregungsausbreitung nach den oben angeführten Typen von Weiterleitungen vorgenommen werden kann. Um die räumlichen Erregungsmuster mit der zugrunde liegenden Histologie zu korrelieren, ist eine morphometrische Analyse des Gewebes erforderlich, was eine elektroanatomische Charakterisierung und Analyse des Gewebes möglich macht. Die physikalische Struktur des heterogenen Herzens bestimmt die elektrische Erregungsleitung und in weiterer Folge die Kontraktilität des Herzens. Die mikroskopische Charakterisierung des Herzgewebes gekoppelt mit der Analyse der elektrischen Erregungsleitung lassen Rückschlüsse auf die Auswirkung anatomischer Veränderungen auf die Funktion der Herzens zu. Moderne Bildverarbeitungsmethoden beschreiben die Textur in den meisten Fällen jedoch nicht zufriedenstellend. In dieser Arbeit soll eine strukturelle und mikroanatomische Charakterisierung von Herzgewebe ausgearbeitet werden. Ein Vergleich aller relevanten Bilderzeugungs- und Bildverarbeitungsverfahren soll durchgeführt werden um die Möglichkeiten, Vorteile und Nachteile dieser Technologien aufzuzeigen. Quantitative Parameter für die Identifizierung von Texturen vor allem im Hinblick auf die automatische Identifizierung der Faserorientierung der Kardiomyozyten und dem Anteil an Bindegewebe wurden erarbeitet. Methoden: Die Beurteilung der Eignung gängiger Modalitäten und Verfahren, welche in der Lage sind, das menschliche Herz zu visualisieren und morphometrische Charakteristika zu identifizieren erfolgte per Literaturstudium und praktischer Versuche. Histolgische Schnitte wurden am Institut für Pathologie der MUG erzeugt um die für die Zielerreichung erforderlichen Merkmale des Gewebes bestmöglich darzustellen. Die Digitalisierung wurde am Zentrum für medizinische Grundlagenforschung in Graz durchgeführt. Daraufhin erfolgte die Auswahl der Färbemethode sowie die Bestimmung der am besten für die Analyse geeigneten morphometrischen Merkmale des Gewebes sowie die Erstellung von Algorithmen zur automatischen Quantifizierung der Eigenschaften des Gewebes. Für die Bildverarbeitung wurde ImageJ verwendet. Die Ergebnisse wurden mittels Simulation validiert. Resultate: Die Evaluierung unterschiedlichster Bilderzeugungsverfahren zeigte, dass histologische Schnitte allen Methoden in Auflösung, Kontrast und Artefaktanfälligkeit überlegen sind. Experimente mit bekannten Bildverarbeitungsmethoden wie die Hessematrix, lokale Gradienten oder die Grauwertabhängigkeitsmatrix zeigten, dass eine Charaktierisierung des Gewebes v.a. im Hinblick auf die Faserorientierung mit teilweise kleineren Modifikationen zumindest in zweidimensionaler Richtung möglich ist. Die Beurteilung der angefertigten histologischen Schnitte zeigte im Hinblick auf die Identifizierung der für die automatische Bildverarbeitung geeigneten Gewebebestandteile bei der Trichrome Färbung (nach Gieson) die besten Resultate wobei sich der Zellkern als geeignetstes Element für die automatische Detektion der Faserorientierung und die Grauwertabhängigkeitsmatrix als geeignetes Verfahren für die Bestimmung des Fibrosetyps erwies. Es ist darüber hinaus gelungen, Informationen über die dreidimensionale Faserorientierung anhand eines zweidimensionalen histologischen Schnittes zu visualisieren.