Lungenrundherdvolumetrie mit optimiertem Segmentierungsalgorithmus. Genauigkeit bei verschiedenen Schichtdicken verglichen mit ein- und zweidimensionalen Messungen

Zusammenfassung

Ziel: In dieser In-vivo-Studie sollte die Genauigkeit der softwaregestützten Lungenrundherdvermessung mit optimiertem Segementierungsalgorithmus bestimmt werden. Dabei erfolgte ein Vergleich in Abhängigkeit von der rekonstruierten Schichtdicke (SE) und im Verhältnis zu herkömmlichen Quantifizierungsmethoden im Rahmen der klinischen Routine. Material und Methoden: Bei 28 Patienten wurden kontrastmittelangehobene 64-Zeilen-CT-Untersuchungen von Thorax und Abdomen nach einem Standardprotokoll durchgeführt. Die Thorax- und Abdomenspiralen wurden jeweils in 1-, 3- und 5-mm-SE mit identischem Rekonstruktionskern rekonstruiert. Für alle 101 Herde, welche im Überlappbereich auf beiden Spiralen abgebildet waren, wurden mit der Volumetriesoftware OncoTreat (MeVis, Deutschland) jeweils Volumen, maximaler axial sichtbarer Durchmesser (DM) und gedachte Flächen entsprechend den Methoden nach Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) und der World Health Organisation (WHO) bestimmt. Die Genauigkeit der Größenbestimmung in beiden Spiralen wurde für alle Rekonstruktionen mit der Methode von Bland und Altmann geschätzt. Die Reproduzierbarkeit der Messungen in Abhängigkeit von der SE wurden mittels Likelihood-Quotienten-Chi-Quadrat-Test verglichen. Ergebnisse: Bei allen Patienten wurde eine Gesamtzahl von 101 Lungenrundherden vermessen. Die Segmentierung war bei 88,1 % der Messungen ohne eine lokale manuelle Nachkorrektur, welche für die Zwecke der Studie bewusst nicht genutzt wurde, erfolgreich. Bei 80 Herden gelangen alle 6 Messungen pro Herd. Diese wurden statistisch ausgewertet. Die Volumina lagen zwischen 0,1 und 15,6 ml, der max. DM zwischen 3,2 und 38,1 mm (Median 13,5 mm). 34 (42 %) der 80 Läsionen hatten Kontakt zur Pleura und wurden als parapleural beurteilt, 32 (40 %) als paravaskulär, 7 (9 %) als sowohl parapleural als auch paravaskulär, weitere 21 (27 %) lagen frei im Lungenparenchym. Die Richtigkeit war signifikant verschieden (Chi-Quadrat 7,22, p-Wert 0,027), bei SE 3 mm am besten und bei 5 mm am schlechtesten. Die Präzision unterschied sich nicht signifikant zwischen den verschiedenen SE (Chi-Quadrat 5,20, p-Wert 0,074). Die Grenzen der Übereinstimmung bei 3-mm-SE lagen für die Volumetrie bei ca. ± 17,5 % des mittleren Volumens, für Vermessungen nach RECIST bei ± 1,3 mm und bei Vermessungen nach Vorschrift der WHO bei ca. ± 31,8 %. Schlussfolgerung: Softwaregestützte volumetrische Vermessungen pulmonaler Rundherde mittels OncoTREAT haben bei SE 3 mm eine vergleichbare Genauigkeit, wie bei SE 1 mm und sind selbst bei SE 5 mm genauer als ein- oder zweidimensionale Messungen. Eine Messdifferenz von mehr als ± 17,5 % tritt bei SE 3 mm mit weniger als 5 % Wahrscheinlichkeit auf.

Abstract

Purpose: This in-vivo study quantifies the accuracy of automated pulmonary nodule volumetry in reconstructions with different slice thicknesses (ST) of clinical routine CT scans. The accuracy of volumetry is compared to that of unidimensional and bidimensional measurements. Materials and Methods: 28 patients underwent contrast enhanced 64-row CT scans of the chest and abdomen obtained in the clinical routine. All scans were reconstructed with 1, 3, and 5 mm ST. Volume, maximum axial diameter, and areas following the guidelines of Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) and the World Health Organization (WHO) were measured in all 101 lesions located in the overlap region of both scans using the new software tool OncoTreat (MeVis, Deutschland). The accuracy of quantifications in both scans was evaluated using the Bland and Altmann method. The reproducibility of measurements in dependence on the ST was compared using the likelihood ratio Chi-squared test. Results: A total of 101 nodules were identified in all patients. Segmentation was considered successful in 88.1 % of the cases without local manual correction which was deliberately not employed in this study. For 80 nodules all 6 measurements were successful. These were statistically evaluated. The volumes were in the range 0.1 to 15.6 ml. Of all 80 lesions, 34 (42 %) had direct contact to the pleura parietalis oder diaphragmalis and were termed parapleural, 32 (40 %) were paravascular, 7 (9 %) both parapleural and paravascular, the remaining 21 (27 %) were free standing in the lung. The trueness differed significantly (Chi-square 7.22, p value 0.027) and was best with an ST of 3 mm and worst at 5 mm. Differences in precision were not significant (Chi-square 5.20, p value 0.074). The limits of agreement for an ST of 3 mm were ± 17.5 % of the mean volume for volumetry, for maximum diameters ± 1.3 mm, and ± 31.8 % for the calculated areas. Conclusion: Automated volumetry of pulmonary nodules using OncoTREAT has a conformable accuracy for an ST of 3 mm and 1 mm and is even more accurate for an ST of 5 mm than unidimensional or bidimensional measurements. A difference of more than ± 17.5 % occurs with a probability of less than 5 % at an ST of 3 mm.

Key words

thorax - pleura - CT-quantitative - metastases - segmentation - treatment effects

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