3D Texturanalyse pulmonaler HRCT Datensätze mit Minkowski-Funktionalen zur Differenzierung verschiedener Lungenerkrankungen

Ziele: Evaluation eines auf Minkowski-Funktionalen (MF) basierenden Bildverarbeitungsalgorithmus zur 3D Texturanalyse der Lunge in HRCT-Datensätzen. Vergleich mit konventionellen densitometrischen Analysen. Methode: In einer Machbarkeitsstudie wurden volumetrische MDCT HRCT-Datensätze von jeweils 7 Patienten mit Lungenfibrose und Emphysem sowie von 7 Lungengesunden analysiert. Auf insgesamt 120 kugelförmigen Volumes-of-Interest (Durchmesser 80 Voxel) aus allen Datensätzen wurde ein Postprocessing-Algorithmus basierend auf den Minkowski-Funktionalen zur 3D Analyse topologischer Struktureigenschaften angewendet. Mit einem optimierenden integrativen Filterverfahren („Sliding Windows“) wurde eine skalare Größe (MF3D_SW) aus der Spektraldarstellung der MF jedes Bilddatensatzes extrahiert und mit dem bildmorphologischen Befund, der klinischen Diagnose und der densitometrischen Analyse der Datensätze korreliert. Ergebnis: In normaler Lunge ergab sich ein mittlerer Wert für die MF3D_SW von 2.7 +/- 8.2, für die fibrotisch [emphysematös] veränderte Lunge lag er bei 5.0+/-4.4 [2.1 +/-2.1]. In der densitometrischen Analyse ergab sich für das normale Lungenparenchym ein mittlerer Dichtewert von -787+/-38 HE, bei den fibrösen [emphysematischen] Lungenarealen lag er bei -415+/-50 HE [-920+/-69 HE]. Es bestand keine signifikante Korrelation zwischen den Dichtewerten und dem Parameter MF3D_SW. In der ROC-Analyse wurden mit unserem Verfahren ein AUC-Wert von 0.87 hinsichtlich der Identifizierung pathologisch veränderten Gewebes erzielt, der AUC-Wert der densitometrischen Analyse lag bei 0.66. Schlussfolgerung: Der auf den Minkowski-Funktionalen basierende Algorithmus erlaubt eine 3D Texturanalyse der Lunge in der HRCT. So scheint eine Differenzierung verschiedener Lungenerkrankungen von normalem Lungenparenchym möglich. Im Vergleich mit konventionellen densitometrischen Analysen der HRCT ergibt sich einer höhere Trennschärfe zwischen normalem und pathologischem Gewebe.

Korrespondierender Autor: Böhm HF

LMU, Radiologie, Marchionini Str. 15, 81377 München

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Schlüsselwörter

Minkowski Funktionale - HRCT Lunge - automatische Diagnose