Implementierung eines Computersimulationsmodells zur Generierung von Lungenemphysemen auf der Basis von Thorax-CT-Datensätzen Lungengesunder

Zielsetzung:

Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von quantitativen Bildanalyseparametern wie z.B. dem Emphysemindex werden bislang subjektiv beurteilte Bilder von Radiologen als Goldstandard herangezogen. In dieser Studie werden mit objektivierbaren numerischen Methoden CT-Bilder modifiziert, in die durch Computerberechnungen verschiedene Emphysemschweregrade hineinsimuliert wurden.

Material und Methodik:

Emphyseme wurden kreisförmig simuliert und der Schweregrad anhand der Kreisanzahl variiert. Die Software durchläuft folgende Schritte für alle CT-Schichten eines Patienten (n = 8): Jede CT-Schicht wird eingelesen, die Lungenhälften werden segmentiert und zur Modifikation zwischengespeichert. Danach werden Pseudozufallszahlen für Parameter wie die Größe der Kreisradien oder die prozentuale Änderung für die HE-Minderung innerhalb der Kreise erzeugt. Anhand der Parameter wird das Emphysembild berechnet. Der Modifikationsvorgang wird solange wiederholt, bis die gewünschte Kreisanzahl erreicht ist. Entstehende Artefakte in Gefäß- und Bindegewebsarealen werden weitgehend entfernt. Die Kreisanzahl und der Emphysemindex (EI) werden in Dateien gespeichert. Originale und veränderte CT-Bilder werden im Lungenfenster gesichert.

Ergebnisse:

Die Software durchläuft alle CT-Schnittbilder mehrerer Patienten und sichert alle Daten verlustfrei. Ein erfahrener Radiologe bestätigte stichprobenartig den Emphysemcharakter. Die Trachea wurde als Teil der Lungenhälften erkannt, sodass entsprechende Daten bei der Auswertung keine Verwendung fanden. Für die verbleibenden 850 CT-Schichten wurden die Kreisanzahl und die EI-Differenz der veränderten und originalen Lungenhälften korreliert, der Spearman Korrelationskoeffizient r beträgt 0.926, p = 0.01.

Schlussfolgerungen:

Mit der erstellten Software können Lungenemphyseme automatisiert und streng reproduzierbar simuliert werden. Somit ist die Grundlage für die objektive Evaluierung verschiedener Methoden zur Quantifizierung von Emphysemen geschaffen worden.