Doctoral Thesis
Prostate volume estimation in MR images for epidemiological and clinical studies â new methods
(2014)
Benign prostatic hyperplasia (BPH) is one of the most widespread diseases among men older than 50 years. The literature provides various cut-off values for pathological enlargement of the prostate. Prostate volume (PV) measurement in large population-based studies would allow deriving more objective reference values and a more valid early BPH diagnosis. A fully automated method is therefore required. In the clinical context, the measurement of the PV is important for treatment response monitoring in the clinical applications for BPH management research, and an accurate method for PV is essential. Magnetic Resonance Imaging was used for PV estimation. Two methods based on the Support Vector Machines (SVM) were developed: the binary Support Vector Machines (C SVM)-based method for epidemiological studies and the single-class Support Vector Machines (S SVM)-based method for clinical studies. The second method was additionally compared to the ellipsoid formula for PV estimation, which is widespread in the clinic. The comparison between volume measurement of the C SVM-based method and manual delineation of observers A and B yielded a strong correlation (Spearmans rank correlation coefficients ñ of 0.936 [p < 0.001] and 0.859 [p < 0.001], respectively). Comparing the C SVM-based method and the two manual delineations by observers A and B shows an agreement with a mean difference of 3.0 ml (95% confidence interval of -3.1 to +9.2 ml) and 1.9 ml (95% confidence interval of â7.1 to +10.8 ml), respectively. The S SVM-based method and the reference PV (manual delineation of observer A) show excellent correlation (Spearmans rank correlation coefficient ñ = 0.965, p < 0.001), while the ellipsoid formula is less well correlated with the reference PV (Spearmans rank correlation coefficient ñ = 0.873, p < 0.001). The mean difference between S SVM and the reference PV was â0.05 ml (95% confidence interval of â3.8 to +3.7 ml); on the other hand, the mean difference between the ellipsoid formula and the reference PV was much greater, with 8.6 ml (95% confidence interval of +1 to +16.2 ml). The C SVM-based method has considerable potential for integration in epidemiological studies. The prostate volumes obtained by the S SVM-based method agreed excellently with the reference and would be clinically useful for urologists in prostate volumetric analysis.
Neue robuste Methoden zur Herzschlagerkennung und zur Quantifizierung der HerzfrequenzvariabilitÀt
(2016)
FĂŒr die Analyse der Herzfrequenz ist eine genaue Detektion des Herzschlags aus Rohdaten unerlĂ€sslich. Standardmethoden der Herzschlagerkennung sind fĂŒr elektrische Biosignale konfiguriert worden, die in einem standardisierten klinischen Umfeld erhoben wurden, insbesondere fĂŒr das Elektrokardiogramm. Im Zuge neuer Möglichkeiten zur Erfassung der Vitalparameter (ĂŒber Smartphone, drahtlose Möglichkeiten) und zur Reduktion von Falschalarmen im Krankenhaus werden zunehmend robuste Methoden benötigt. Im ersten Kapitel haben wir einen neuen Algorithmus eingefĂŒhrt, welcher in der Lage ist, unterschiedliche Wellenformen zu verarbeiten und die Informationen aus mehreren gleichzeitig erhobenen Biosignalen zu bĂŒndeln. Die LeistungsfĂ€higkeit wurde im Vergleich mit anderen Methoden an freien DatensĂ€tzen ĂŒberprĂŒft und wir konnten uns von der vielfĂ€ltigen Anwendbarkeit und der Störungsresistenz ĂŒberzeugen. Im zweiten Kapitel haben wir uns mit der Quantifizierung der HerzfrequenzvariabilitĂ€t (HRV) beschĂ€ftigt und ein neues leicht verstĂ€ndliches MaĂ eingefĂŒhrt. Das dafĂŒr notwendige Konzept von relativen RR-AbstĂ€nden wurde diskutiert und die Nutzung zur Artefaktfilterung und zur Klassifikation von Arrhythmiearten aufgezeigt. Vor- und Nachteile klassischer Methoden der HRV haben wir durch einige mathematische Eigenschaften begrĂŒndet. Im dritten Kapitel der Dissertation haben wir das neue MaĂ an realen Daten angewendet und die AbhĂ€ngigkeit der HRV vom Alter der Probanden und von der Herzfrequenz untersucht. Zudem haben wir periodische Strukturen des Streudiagramms von relativen RR-AbstĂ€nden betrachtet, fĂŒr die die Atmung ursĂ€chlich ist. Als wissenschaftliche Transferleistung wurde abschlieĂend ein freies Programm geschaffen, welches die neuen robusten Methoden umsetzt.