Izjemen napredek v učinkovitosti medicinske oskrbe v zadnjih desetletjih v veliki meri
poganjajo napredki v povezanih in vzporednih področjih medicinskih slikovnih tehnologij
in računalniške analize slik. Ena izmed poglavitnih značilnosti tega trenda je prehod iz
povsem vizualnega, kvalitativnega vrednotenja medicinskih slik v bolj računsko in kvantitativno vrednotenje. Slednje vključuje predvsem in vivo meritve računsko izluščene iz
medicinskih slik. V kontekstu diagnoze in spremljanja razvoja bolezni ter vrednotenja
učinkovitosti zdravljenja, pa tudi v kontekstu načrtovanja in izvedbe kirurških posegov
ter radioterapije, klinični protokoli in smernice vedno bolj temeljijo na meritvah iz medicinskih slik (i.e. slikovni biomarkerji). Nekateri slikovnih biomarkerji so se že uveljavili
kot nadomestki kliničnih ciljev. Vrednosti slikovnih biomarkerjev torej lahko neposredno
vplivajo na odločanje v omenjenih kliničnih kontekstih | zato mora biti natančnost in
točnost postopkov izločanja slikovnih biomarkerjev rigorozno validirana.
Problematika objektivnega vrednotenja in primerjave postopkov merjenja je zelo izražena
na področju medicinskih slikovnih tehnologij. Pri poravnavi in razgradnji slik | dveh
glavnih metodoloških pristopov k analizi medicinskih slik, so uveljavljeni načini validacije
in primerjave sposobnosti teh postopkov osnovani na uporabi referenčnih meritev. Referenčne meritve običajno pridobimo ročno s pomočjo eksperta. Pri poravnavi slik je to
lahko očno zaznavanje in ročno označevanje oslonilnih markerjev na slikah, pri razgradnji
pa je to na primer ročno obrisovanje anatomskih struktur, kar lahko naredi izkušen radiolog.
V tem procesu je kritičen subjektiven doprinos posameznega eksperta | različni
eksperti bodo izluščili različne vrednosti meritev, izključena ni niti možnost večjih napak
in razhajanj, kot posledica utrujenosti in naključnih dejavnikov. čas, ki ga porabi ekspert je tudi zelo drag. Potencialno zelo drage so lahko tudi posledice prej omenjenih
napak in razhajanj v meritvah, ker vplivajo na medicinsko prakso in lahko povzročijo
resne posledice. Tako bolniki, kot bolnišnice in družba nasploh lahko čutijo posledice teh
napak.
Razprava in razvoj strategij za napovedovanje in preprečevanje merilnih napak in hkratno
zmanjševanje stroškov pri validaciji in primerjavi postopkov merjenja predstavljajo
jedro te doktorske disertacije. Direktna strategija manjšanja stroškov je preko manjšanja
bremena bremena ustvarjanja reference, kar lahko dosežemo z avtomatizacijo. Zato je
prvi prispevek te disertacije nov avtomatski računski pristop za ustvarjanje reference
oziroma zlatega standarda za validacijo toge poravnave med pred-operativnimi 3D in
med-operativnimi 2D slikami. Z uporabo verige avtomatskih postopkov analize slik smo
odpravili potrebo po interakciji z operaterjem in morebitne ročne vnose, kar je bilo sicer
potrebno pri predhodnem pol-avtomatskem pristopu. Na ta način smo signikantno
izboljšali natančnost referenčne poravnave, kot kažejo rezultati validacije pristopa na
med-operativno zajetih 3D in 2D slikah dvajsetih bolnikov z možganskimi anevrizmami
in arteriovenoznimi malformacijami.
Povsem drugačna in bolj inovativna strategija je validacija postopkov merjenja brez uporabe
reference, in sicer z uporabo naprednega statističnega sklepanja. V disertaciji predlagamo
dva nova Bayesianska pristopa za oceno sistematičnih in naključnih napak množice
(avtomatskih) postopkov merjenja neke količine. Naprimer, v kontekstu slikovnih biomarkerjev
je stroškovno precej bolj učinkovito na določeni zbirki slik uporabiti več različnih
avtomatskih postopkov analize medicinskih slik kot pa pridobiti referenco s pomočjo eksperta.
Pristopa smo uspešno validirali na več sintetičnih in kliničnih zbirkah podatkov,
kjer so slednje vključevale meritve slikovnih biomarkerjev nevroloških bolezni. Teoretična
dognanja v enem izmed predlaganih pristopov omogočajo tudi ocenjevanje vrednosti latentne
količine in hkratno izbiro najboljših napovednih meritev te količine.
Prispevki te disertacije ne le rešujejo praktične probleme pri ustvarjanju reference, pač
pa naslavljajo tudi prikrite konceptualne probleme kot je napaka reference. Dva predlagana
in validirana Bayesianska računska pristopa predstavljata pomembne teoretične
preskoke v okviru novonastalega področja ocenjevanja napake brez reference in s katerima
je ta postala praktično uporabna za namen validacije in primerjave sposobnosti postopkov
merjenja nasplošno. še več, eden izmed pristopov omogoča tudi določanje napovedni
vrednosti meritev glede na latentno količino in tudi oceno njene vrednosti.
|