Statistische Analyse auf Voxelbasis
Die konventionelle statistische Auswertung von SPECT- oder PET-Untersuchungen ist in der Regel auf relativ wenige Gehirnstrukturen beschränkt, die prospektiv aufgrund von Hypothesen ausgewählt wurden. Diese Strukturen werden mittels der volumes of interest (VOI)-Technik ausgewertet, d.h. markiert und ausgelesen. Ergänzend hierzu kommen zunehmend Verfahren zum Einsatz, die die statistische Analyse für jeden einzelnen Bildpunkt ermöglichen. In einer gemeinsamen Studie mit der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des UKE zu Langzeitschädigungen durch Ecstasy-Konsum in der rund 150 Gehirn-PET-Untersuchungen mit dem Serotonintransporterliganden 11C(+)McN5652 durchgeführt worden waren, wurde eine statistische Analyse auf Voxelbasis mit SPM99 durchgeführt. Die voxelbasierte Analyse bestätigte die VOI-Auswertung und lieferte darüber hinaus relevante Zusatzinformationen (68).
In der klinischen Routine wird die herkömmliche visuelle Befundung zunehmend durch statistische Analysen in Form eines Vergleichs der PET- oder SPECT-Untersuchung des individuellen Patienten mit entsprechenden Untersuchungen eines Kontrollkollektivs von gesunden Personen ergänzt. Die Hirn-PET mit dem Glukose-Analogon [18F]FDG wird meist als statische Akquisition, d.h. Messung des FDG-Uptakes [kBq/ml], durchgeführt. Da der cerebrale FDG-Uptake von vielen externen Variablen abhängt (verabreichte Dosis, Körpergewicht, etc.), muß vor einem statistischen Vergleich eine Skalierung der Voxelwerte erfolgen. Weit verbreitet ist das in SPM99 implementierte TMVV-Verfahren (Thresholded Mean Voxel Value). Bei diesem Verfahren wird zunächst der Mittelwert M1 aller Voxelwerte des gesamten Datenvolumens bestimmt. Dann wird der Mittelwert M2 aller Voxelwerte > M1/8 ermittelt. Die Skalierung erfolgt durch Division aller Voxelwerte durch M2. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Skalierungsfaktor auch vom extracerebralen FDG-Uptake z.B. in der Kopfhaut oder im Bereich des Nasen-Rachen-Raums abhängt, der eine sehr hohe intra- und intersubject-Varianz aufweist. Diese trägt beim TMVV-Verfahren zur Varianz der Skalierung bei und erniedrigt somit die statistische Power der statistischen Tests. Daher wurde von unserer Gruppe ein alternatives Verfahren zur Skalierung getestet (MMVV = Masked Mean Voxel Value), bei dem mittels einer Maske der Mittelwert M3 aller Voxel ermittelt wird, die graue oder weiße Substanz repräsentieren (120). Die Skalierung erfolgt durch Division aller Voxelwerte durch M3. Es zeigte sich, dass das MMVV-Verfahren im Vergleich zum TMVV-Verfahren zu einer mittleren Reduktion der relativen Standardabweichung der Voxelwerte von 12% führte, sodaß durch den Einsatz dieses Verfahrens eine deutliche Verbesserung der Sensitivität der statistischen Auswertung erreicht werden kann.
Bei Demenzfragestellungen mit ausgedehnten hypometabolen Arealen ist der mittlere Traceruptake signifikant reduziert, so dass proportional scaling sowohl mit der TMVV- als auch mit der MMVV-Methode den skalierten Traceruptake überschätzt. Dies führt zu einer Unterschätzung der Ausdehnung der hypometabolen Areale beim statistischen Test. Um das Vorliegen relevanter Überschätzung des skalierten Traceruptakes zu testen, schlugen wir einen statistischen Test auf Hypermetabolismus vor (73, 75), der bei Demenzfragestellung in der klinischen Patientenversorgung in der Regel nicht durchgeführt wird, da bei Demenzerkrankungen lokaler Hypermetabolismus nicht zu erwarten ist. Zeigen sich statistisch signifikante Cluster von Voxeln mit Hypermetabolismus, werden diese als falsch positiv und damit als Hinweis auf relevante Überschätzung des mittleren Traceruptakes beim proportional scaling gewertet. In diesen Fällen sollte der skalierte Traceruptake des individuellen Patienten durch Multiplikation mit einem weiteren globalen Skalierungsfaktor schrittweise so weit reduziert werden, bis der statistische Test auf Hypermetabolismus gerade keine signifikanten Ergebnisse mehr liefert. Durch die angepasste Skalierung kann die Befundung, z.B. Alzheimer versus Atrophie, in einigen Fällen deutlich erleichtert werden.
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, 06.01.2005
