I. Wolf

ROPES: a semiautomated segmentation method for accelerated analysis of three-dimensional echocardiographic data

Echocardiography (cardiac ultrasound) is today the predominant technique for quantitative assessment of cardiac function and valvular heart lesions. Segmentation of cardiac structures is required to determine many important diagnostic parameters. As the heart is a moving organ, reliable information can be obtained only from three-dimensional (3-D) data over time (3-D + time = 4-D). Due to their size, the resulting four-dimensional (4-D) data sets are not reasonably accessible to simple manual segmentation methods. Automatic segmentation often yields unsatisfactory results in a clinical environment, especially for ultrasonic images. We describe a semiautomated segmentation algorithm (ROPES) that is able to greatly reduce the time necessary for user interaction and its application to extract various parameters from 4-D echocardiographic data. After searching for candidate contour points, which have to fulfill a multiscale edge criterion, the candidates are connected by minimizing a cost function to line segments that then are connected to form a closed contour. The contour is automatically checked for plausibility. If necessary, two correction methods that can also be used interactively are applied (fitting of other line segments into the contour and searching for additional candidates with a relaxed criterion). The method is validated using in vivo transesophageal echocardiographic data sets.

Three-dimensional annulus segmentation and hybrid visualisation in echocardiography

Changes in mitral annular shape and dynamics are associated with mitral regurgitation without valvular disease. Therefore, it is interesting to visualise the annulus together with the regurgitant flow patterns. A prerequisite for a clear visualisation is the segmentation of the annulus. We present a specialised method for annular segmentation in rotationally-acquired 3D transesophageal echocardiographic data. For visualisation, a surface model of the annulus is constructed, while we use a volume rendering method for flow patterns, which allows the display in the original colour coding from 2D echocardiography. A hybrid visualisation technique enables a simultaneous display of the surface-rendered annulus together with volume-rendered flow patterns and/or morphology.

A novel method for planning and visualization of ablation lines for atrial fibrillation treatment

The most common arrhythmia is atrial fibrillation. Beside surgery, intracardiac catheter ablation is used commonly for curative treatment. Navigation systems have been developed to reduce fluoroscopic time and to provide a more accurate positioning. Within these systems, standard 3D-views are used to show intracardiac catheters and ablated areas. We present a novel method to display spatial relations of catheter, anatomical landmarks and ablation lines in a mapped 2D-view. Furthermore, a planning of desired ablation lines is feasible. The method can be a valuable tool to support navigated ablation procedures for atrial fibrillation treatment.

Functional imaging of neurocognitive dysfunction in attention deficit hyperactivity disorder

ZusammenfassungDie Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine neurobiologische Funktionsstörung mit Beginn im frühen Kindesalter, die sich durch überdauernde Beeinträchtigungen kognitiver Funktionen der Aufmerksamkeit, Impulsivität und in fakultativ motorischer Hyperaktivität äußert. Die Störung persistiert häufig bis ins Erwachsenenalter, und ihr Erscheinungsbild ist vielfältig. Als mögliche Ursachen von ADHS werden verschiedene Faktoren diskutiert, wobei vor allem strukturell bildgebende Studien und molekulargenetische Untersuchungen der 90er Jahre auf eine vorwiegend vererbte neurobiologisch begründete Erkrankung hinweisen. Die Entwicklung nichtinvasiver bildgebender Verfahren in den letzten 15xa0Jahren hat die pädiatrische Forschung auf diesem Gebiet entscheidend bereichert. Funktionell bildgebende Studien konnten deutliche Hinweise auf die neurobiologischen Korrelate gestörter Exekutivfunktionen, mangelhafter Impulskontrolle und auffälliger Psychomotorik erbringen. Die hierbei gefundenen Dysfunktionen frontostriataler Regelkreise stehen in Einklang mit den früher beschriebenen Volumenminderungen frontaler Hirnstrukturen und pathologischer Veränderungen der Basalganglien und des Cerebellums. Insbesondere die Steuerung visueller Aufmerksamkeit ist von Störungen dieser beschriebenen Hirnregionen beeinträchtigt. Aktuelle Untersuchungen konnten zeigen, dass bei ADHS-Kranken ebenfalls häufig eine mangelhafte Kontrolle visuomotorischer Fähigkeiten vorliegt. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick zum aktuellen Forschungsstand funktioneller Bildgebung bei ADHS und geht dabei speziell auf okulomotorische Dysfunktionen und deren Erfassung bei kernspintomographischen Untersuchungen ein.AbstractAttention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.

Klinischer Einsatz der 3D-Echokardiographie in der Herzchirurgie@@@Three-dimensional echocardiography in cardiac surgery: Aktueller Stand und Perspektiven@@@Current status and perspectives

ZusammenfassungDie dreidimensionale (3D-)Echokardiographie ist eine neue Bildgebungstechnik, die wertvolle Informationen über die kardiovaskuläre Morphologie, Pathologie und Funktion vermittelt. Die neuesten Entwicklungen wie Verbesserung der Geräte, Datenakquisition, Post-processing und schnellere Rechner haben dazugeführt, dass die 3D-Echokardiographie nun zu einem wichtigen Bestandteil der klinischen Ultraschalldiagnostik geworden ist. Die aus 3D-Datensets gewonnenen Informationen über die Morphologie des linken und rechten Ventrikels sowie die komplexen Klappenerkrankungen und kongenitalen Defekte sind heute für die Planung herzchirurgischer Eingriffe notwendig. Die dreidimensionale Rekonstruktion des Farbdopplersignals ermöglicht zudem die In-vivo-Visualisierung und Quantifizierung von intrakavitären Regurgitationsflüssen und Volumina der Regurgitationsjets über die Herzklappen, was für die Beurteilung des Schweregrads von Mitralklappeninsuffizienz von Bedeutung ist. Dieser Übersichtsartikel beschreibt den aktuellen Stand der 3D-Echokardiographie und deren klinische Wertigkeit in der Herzchirurgie anhand eigener Studien über die Morphologie, die Annulusdynamik und Flussmuster der Mitralklappe. AbstractThree-dimensional (3D) echocardiography is a new imaging technique that can provide useful information about cardiovascular morphology, pathology, and function. Recent refinements in instrumentation, data acquisition, post-processing, and computation speed allow 3D echocardiography to play an important role in cardiac imaging. These modalities provide comprehensive information on ventricular and valve morphology and function. Combined with 3D color Doppler sonography, further assessment of valvular function and determination of flow in the left ventricular outflow tract and cross-septal defects are now possible. Three-dimensional color flow imaging also makes echocardiography accurate for assessing the severity of mitral regurgitation. The purpose of this review is to describe technical developments in 3D echocardiography and its clinical application in cardiac surgery. Moreover, based on clinical studies at our centre, we describe the morphology of the mitral valve, its flow pattern, and function of the mitral annulus.

Klinischer Einsatz der 3D-Echokardiographie in der Herzchirurgie

ZusammenfassungDie dreidimensionale (3D-)Echokardiographie ist eine neue Bildgebungstechnik, die wertvolle Informationen über die kardiovaskuläre Morphologie, Pathologie und Funktion vermittelt. Die neuesten Entwicklungen wie Verbesserung der Geräte, Datenakquisition, Post-processing und schnellere Rechner haben dazugeführt, dass die 3D-Echokardiographie nun zu einem wichtigen Bestandteil der klinischen Ultraschalldiagnostik geworden ist. Die aus 3D-Datensets gewonnenen Informationen über die Morphologie des linken und rechten Ventrikels sowie die komplexen Klappenerkrankungen und kongenitalen Defekte sind heute für die Planung herzchirurgischer Eingriffe notwendig. Die dreidimensionale Rekonstruktion des Farbdopplersignals ermöglicht zudem die In-vivo-Visualisierung und Quantifizierung von intrakavitären Regurgitationsflüssen und Volumina der Regurgitationsjets über die Herzklappen, was für die Beurteilung des Schweregrads von Mitralklappeninsuffizienz von Bedeutung ist. Dieser Übersichtsartikel beschreibt den aktuellen Stand der 3D-Echokardiographie und deren klinische Wertigkeit in der Herzchirurgie anhand eigener Studien über die Morphologie, die Annulusdynamik und Flussmuster der Mitralklappe. AbstractThree-dimensional (3D) echocardiography is a new imaging technique that can provide useful information about cardiovascular morphology, pathology, and function. Recent refinements in instrumentation, data acquisition, post-processing, and computation speed allow 3D echocardiography to play an important role in cardiac imaging. These modalities provide comprehensive information on ventricular and valve morphology and function. Combined with 3D color Doppler sonography, further assessment of valvular function and determination of flow in the left ventricular outflow tract and cross-septal defects are now possible. Three-dimensional color flow imaging also makes echocardiography accurate for assessing the severity of mitral regurgitation. The purpose of this review is to describe technical developments in 3D echocardiography and its clinical application in cardiac surgery. Moreover, based on clinical studies at our centre, we describe the morphology of the mitral valve, its flow pattern, and function of the mitral annulus.

Bildgebende Darstellung neurokognitiver Dysfunktionen bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung

ZusammenfassungDie Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine neurobiologische Funktionsstörung mit Beginn im frühen Kindesalter, die sich durch überdauernde Beeinträchtigungen kognitiver Funktionen der Aufmerksamkeit, Impulsivität und in fakultativ motorischer Hyperaktivität äußert. Die Störung persistiert häufig bis ins Erwachsenenalter, und ihr Erscheinungsbild ist vielfältig. Als mögliche Ursachen von ADHS werden verschiedene Faktoren diskutiert, wobei vor allem strukturell bildgebende Studien und molekulargenetische Untersuchungen der 90er Jahre auf eine vorwiegend vererbte neurobiologisch begründete Erkrankung hinweisen. Die Entwicklung nichtinvasiver bildgebender Verfahren in den letzten 15xa0Jahren hat die pädiatrische Forschung auf diesem Gebiet entscheidend bereichert. Funktionell bildgebende Studien konnten deutliche Hinweise auf die neurobiologischen Korrelate gestörter Exekutivfunktionen, mangelhafter Impulskontrolle und auffälliger Psychomotorik erbringen. Die hierbei gefundenen Dysfunktionen frontostriataler Regelkreise stehen in Einklang mit den früher beschriebenen Volumenminderungen frontaler Hirnstrukturen und pathologischer Veränderungen der Basalganglien und des Cerebellums. Insbesondere die Steuerung visueller Aufmerksamkeit ist von Störungen dieser beschriebenen Hirnregionen beeinträchtigt. Aktuelle Untersuchungen konnten zeigen, dass bei ADHS-Kranken ebenfalls häufig eine mangelhafte Kontrolle visuomotorischer Fähigkeiten vorliegt. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick zum aktuellen Forschungsstand funktioneller Bildgebung bei ADHS und geht dabei speziell auf okulomotorische Dysfunktionen und deren Erfassung bei kernspintomographischen Untersuchungen ein.AbstractAttention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.

Bildgebende Darstellung neurokognitiver Dysfunktionen bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivittsstrung@@@Functional imaging of neurocognitive dysfunction in attention deficit hyperactivity disorder

ZusammenfassungDie Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine neurobiologische Funktionsstörung mit Beginn im frühen Kindesalter, die sich durch überdauernde Beeinträchtigungen kognitiver Funktionen der Aufmerksamkeit, Impulsivität und in fakultativ motorischer Hyperaktivität äußert. Die Störung persistiert häufig bis ins Erwachsenenalter, und ihr Erscheinungsbild ist vielfältig. Als mögliche Ursachen von ADHS werden verschiedene Faktoren diskutiert, wobei vor allem strukturell bildgebende Studien und molekulargenetische Untersuchungen der 90er Jahre auf eine vorwiegend vererbte neurobiologisch begründete Erkrankung hinweisen. Die Entwicklung nichtinvasiver bildgebender Verfahren in den letzten 15xa0Jahren hat die pädiatrische Forschung auf diesem Gebiet entscheidend bereichert. Funktionell bildgebende Studien konnten deutliche Hinweise auf die neurobiologischen Korrelate gestörter Exekutivfunktionen, mangelhafter Impulskontrolle und auffälliger Psychomotorik erbringen. Die hierbei gefundenen Dysfunktionen frontostriataler Regelkreise stehen in Einklang mit den früher beschriebenen Volumenminderungen frontaler Hirnstrukturen und pathologischer Veränderungen der Basalganglien und des Cerebellums. Insbesondere die Steuerung visueller Aufmerksamkeit ist von Störungen dieser beschriebenen Hirnregionen beeinträchtigt. Aktuelle Untersuchungen konnten zeigen, dass bei ADHS-Kranken ebenfalls häufig eine mangelhafte Kontrolle visuomotorischer Fähigkeiten vorliegt. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick zum aktuellen Forschungsstand funktioneller Bildgebung bei ADHS und geht dabei speziell auf okulomotorische Dysfunktionen und deren Erfassung bei kernspintomographischen Untersuchungen ein.AbstractAttention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurobiological disorder of early childhood onset. Defining symptoms are chronic impairments of attention, impulse control and motor hyperactivity that frequently persist until adulthood. Miscellaneous causes of the disorder have been discussed. Accumulating evidence from imaging- and molecular genetic studies strengthened the theory of ADHS being a predominantly inherited disorder of neurobiological origin. In the last 15 years, non-invasive brain imaging methods were successfully implemented in pediatric research. Functional magnetic resonance imaging studies gave major insight into the neurobiological correlates of executive malfunction, inhibitory deficits and psychomotoric soft signs. These findings are in good accordance with brain morphometric data indicating a significant volumetric decrease of major components of striato-thalamo-cortical feedback loops, primarily influencing prefrontal executive functioning (e.g. basal ganglia). Empirical evidence points to a broad array of associated behavioral disturbances like deficient visuomotor abilities and oculomotor dysfunctions. This paper reviews the current empirical evidence derived from prior imaging studies. Special emphasis is given to the relevance of oculomotor dysfunctions in clinical and research settings, as well as their assessment in the MR environment.

Integration of tools for the estimation of heart vitality by tissue Doppler and myocardial velocity gradients into a clinically useable software environment

Due to the very frequent cause of death by sudden cardiac infarct, cardiac motion analysis is of high clinical interest. The knowledge about the complex three-dimensional (3D) heart wall motion pattern, particular in the left ventricle, provides valuable information about potential malfunctions. Echocardiography is the predominant technique for evaluation of cardiac function. Beside morphology, tissue velocities can be obtained by Doppler techniques. Strain rate data provides additional information about the contraction ability of the myocardium and can be estimated as myocardial velocity gradients. This is known as strain rate imaging. We have developed methods for the assessment, visualization and quantification of tissue movement and contraction by means of 3D tissue Doppler echocardiography. The tissue Doppler and strain rate images can be visualized and quantified by different methods. The methods are integrated into an interactively usable software environment, which is a first step to make them available in routine clinical medicine.