title: Automatic quantitative MRI-Analysis to find epileptogenic lesions in patients with focal epilepsies
title: Automatisierte quantitative MRT-Analyse zur Bestimmung der epileptogenen Läsion bei Patienten mit fokalen Epilepsien
Creators: name: Wehrmann, Enno
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: epilepsy
Epilepsie
Medizin, Gesundheit
kryptogenic
Kernspintomographie
MRI
kryptogen
MRT
Freesurfer
freesurfer
FCD

description: Im Rahmen der vorliegenden Studie
      sollte eine Methode zur automatisierten Detektion
      epileptogener Läsionen bei Patienten mit fokaler Epilepsie
      bei bekannter FCD untersucht werden. Es wurden hierzu von
      allen Patienten hochauflösende 3T Schädel MRT T1
      Volumendatensätze erhoben und mit Hilfe der speziell zu
      diesem Zweck entwickelten Software FreeSurfer ausgewertet.
      Die Auswertung umfasste die Bewegungskorrektur und
      Normalisierung der einzelnen Datensätze, anschließend die
      Rekonstruktion mit Hilfe eines volumenbasierten VBM
      Algorithmus und die Analyse und Benennung kortikaler und
      subkortikaler Strukturen. Für eine eigens für diese Studie
      geschaffene Kontrollgruppe 50 gesunder erwachsener Probanden
      erfolgte dasselbe Procedere mit identischen 3T Schädel MRT
      Aufnahmen und entsprechender anschließender Rekonstruktion.
      Um eine gute Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurde die
      Kontrollgruppe ausgewogen in Bezug auf Alter, Geschlecht und
      Bildung gewählt. Sowohl auf Seite der Patienten als auch in
      der Kontrollgruppe wurden nur Rechtshänder eingeschlossen.
      Epileptogene Läsionen im Sinne einer fokalen kortikalen
      Dysplasie sollten nun automatisiert, durch den Vergleich
      eines Patienten mit einer geschlechtsgleichen Kontrollgruppe
      anhand signifikant verdickter Kortexareale, gefunden werden.
      Weiterhin wurde untersucht, ob sich epileptogene Läsionen
      durch automatisiert detektierte Unschärfen und der
      Mark-Rinden-Grenze finden lassen. Die statistische
      Gruppenauswertung erfolgte mit qdec und erbrachte lediglich
      in 60% der Fälle signifikant verdickte Kortexareale im
      Bereich der vermuteten Läsion. In 50% der Fälle wurden
      allerdings auch signifikant verdickte Kortexareale an Stellen
      gefunden, die sich nicht mit der klinischen Erkrankung des
      Patienten vereinen ließen (fraglich falsch positive).
      Unschärfen der Mark-Rinden-Grenze im Bereich der klinisch
      vermuteten epileptogenen Zone wurden ebenfalls nur bei 60%
      der Patienten gefunden. Einzig bei der Subgruppe der
      Frontallappenepilepsien zeigten sich gute Ergebnisse mit
      einer Detektion der FCD zu 100% Eine Subgruppenanalyse in
      Bezug auf Ort und Seite der Läsion, sowie eine vorangegangene
      intrakranielle Operation brachten keine besseren Ergebnisse.
      Insgesamt sind diese 57 Subgruppen aber auf Grund der ohnehin
      kleinen Patientengruppe statistisch kaum zu vertreten. Der
      Hauptgrund für die geringe Anzahl gefundener Läsionen und die
      große Anzahl fraglich falsch positiver Ergebnisse ist nach
      jetzigen Kenntnisstand die Art und Weise der Rekonstruktion.
      Alle Patienten in dieser Untersuchung haben eine FCD. FCDs
      vom Typ I betreffen nur den Kortex, sie zeigen sich nur in
      einer gestörten Schichtung. Deshalb sind FCDs vom Typ I
      selbst in hoch auflösender MRT Bildgebung meist ohne
      bildgebendes Korrelat. FCDs vom Typ II beinhalten zusätzlich
      Veränderungen auf zytologischer Ebene wie dysmorphe Neurone
      und gegebenenfalls Ballon-Zellen (Blümcke, et al., 2012) und
      hinterlassen somit Spuren in der weißen Substanz, die sich in
      T1 gewichteten MRT Bildern im Sinne einer Unschärfe in der
      Mark-Rinden-Grenze wiederfinden lassen (Colombo, Salamon,
      Raybaud, Ozkara, &amp; Barkovich, 2009). In dieser Studie
      wurde ein volumenbasierter VBM Rekonstruktionsalgorithmus
      verwendet, der insbesondere auf die Segmentierung
      subkortikaler Strukturen spezialisiert ist. Kortikale und
      kortexnahe Störungen werden häufig übersehen, wenn sie keine
      oder nur wenig Spuren in der weißen Substanz mit sich
      bringen. Um kortikale Läsionen wie im vorliegenden Fall
      gewünscht darzustellen und zu detektieren, hat dieser
      Rekonstruktionsalgorithmus offenbar deutliche Nachteile im
      Vergleich zu oberflächenbasierten VBM
      Rekonstruktionsalgorithmen (Thesen, et al., 2011). Weiterhin
      gibt es sicherlich Einschränkungen der Aussagekraft durch die
      kleine Patientenstichprobe, negative Einflüsse auf das
      Ergebnis durch eine ungeeignete Kontrollgruppe können aber
      ausgeschlossen werden.
description: This study was designed to test a
      new method for automatic detection of epileptogenic lesions
      in patients with focal epilepsy and known FCD. For this all
      patients underwent high resolution 3T NMR of the brain. The
      NMR data was processed with the purpose-built software
      FreeSurfer. The processing pipeline included motion
      correction and normalization, the reconstruction by a VBM
      algorithm and the analysis and labeling of cortical and
      subcortical regions. A control group of 50 healthy adults was
      made up especially for this study. All members of the control
      group underwent the same imaging process on the identical 3T
      NMR scanner and the data was processed as described above. To
      guarantee a good comparability the control group was
      well-balanced regarding age, gender and education. Only right
      handed people were included in the study as patients as well
      as in the control group. The objective was to automatically
      detect focal cortical dysplasias who represent epileptogenic
      lesions by comparing the cortical thickness of one patient to
      a gender matches control group claiming that the thickness of
      the patient’s cortex is significantly increased. In addition
      to that blurring of the grey white boundary as indication for
      an epileptogenic lesion should automatically be detected.
      Statistical analysis was calculated with qdec and showed that
      only 60% of the patients had significantly increased cortical
      thickness within the assumed area of the epileptogenic
      lesion. In 50% of the patients significantly increased
      cortical thickness was detected that could not be related to
      the patients clinical symptoms (false positive). Blurring of
      the grey white boundary in the area of the assumed
      epileptogenic lesion could only be found in 60% of the
      patients. Only in the subgroup of patients with frontal lobe
      epilepsy the FCD was detected in 100% of the patients. A
      subgroup analysis regarding location or side of the lesion or
      having underwent an intracranial operation before did not
      show significant results. Anyway the group of patients was
      small and there for these subgroups have almost no
      statistical power. The main reason for the small number of
      detected lesions and the big number of false positive
      detections seems to be the reconstruction algorithm. All
      patients included in this 59 study have a FDC. In Type I FCDs
      only the cortex is affected by a disordered layering so even
      in high resolution NMR imaging often no correlate can be
      found. In addition type II FCDs include altered cell
      architecture such as dysmorphic neurons or balloon-cells
      (Blümcke, et al., 2012) which leads to a blurred grey white
      boundary. So they leave a trace within the white matter which
      can be detected by T1 NMR imaging (Colombo, Salamon, Raybaud,
      Ozkara, &amp; Barkovich, 2009). For this study a volume based
      VBM algorithm was used that originally was designed to
      identify subcortical patterns. Cortical variations and those
      who are close to the cortex are frequently only detected if
      they leave a hint within the white matter. So in order to
      detect cortical lesions as tried in this study it might be
      better to use a surface based VBM algorithm for
      reconstruction (Thesen, et al., 2011). In addition the small
      group of patients decreases the power of the conclusions that
      can be made from this study. But negative impact on the
      results due to an unsuitable control group can be
      excluded.