文摘
准确评估特发性肺纤维化的预后仍然是难以捉摸的,由于重要的个人辐射和生理变化。我们提出短期辐射变化可能生存的预测。
我们探索使用卡尺信息学(计算机辅助肺部病理学评估和评级),一种新的软件工具开发的生物医学成像资源实验室罗切斯特的梅奥诊所(美国罗彻斯特MN)分析和量化的肺实质异常高分辨率计算机断层扫描。我们评估基线和随访(分别为跨度为1和2)高分辨率计算机断层扫描在55选择特发性肺纤维化患者和相关CALIPER-quantified测量专家放射科医生的评估和临床结果。
发现间隔变化(平均289天)在网状的体积密度(风险比1.91,p = 0.006),总体积的间质异常(风险比1.70,p = 0.003)和每分总间隙异常(风险比1.52,p = 0.017),卡尺量化的预测平均2.4年的随访后的生存。放射科医生的解释短期全球间质性肺疾病进展,但没有具体的辐射特性,也预测死亡率。
这些数据证明了量化间隔短期变化对高分辨率计算机断层扫描的可行性及其可能的作为生存在特发性肺纤维化的独立预测指标。
文摘
短期定量CT变化预测IPF的生存http://ow.ly/qmbjd
介绍
基线疾病严重程度的措施被用来预测生存在特发性肺纤维化(IPF)和包括临床特征、肺功能的措施,计算机断层扫描(CT)结果和综合评分指标(1- - - - - -4]。虽然这些措施在一些研究验证,出现疾病进展的不如动态代理,如纵向变化的生理指标,即。用力肺活量(FVC)下降和扩散能力的肺一氧化碳(DLCO)在6 - 12个月(2,5,6]。然而,这种纵向的生理指标的效用为个别病人管理仍明显受到实质性的个体内变异,也许与混杂共存条件下,如肺气肿或肺动脉高压(7,8]。
卡尺信息学(计算机辅助肺部病理学评估和评级)是一个图像分析工具开发的生物医学成像资源实验室罗切斯特的梅奥诊所(美国罗彻斯特MN)肺实质的描述和量化结果在高分辨率计算机断层扫描(HRCT)。肺实质的检测和量化卡尺是基于直方图特征映射技术训练通过专家放射学家一致的评估通过肺组织病理证实的训练集研究财团(LTRC) [9]。我们提出这个新颖的计算机辅助分析方法肺实质功能胸部HRCT将提供一个可再生的和准确的评估疾病可能与放射科医生的半定量评估。我们进一步假定总体程度或短期变化的实质特征作为检测到卡尺或放射科医生可能与IPF患者生存的独立预测因素。
材料和方法
病人和CT的选择
选定的梅奥诊所的病人评估从2000年1月至2010年12月,与IPF诊断根据最新的国际共识指南(10)(有或没有外科肺活检),和为谁得到至少两个串行hrct在3-15-month间隔中,代表跨度为1和2。hrct急性恶化的时候,获得感染,液体超负荷或血栓栓塞疾病被排除在研究之外。此外,HRCT必须满足技术要求的卡尺,包括高分辨率图像(≤2毫米切片厚度)。本研究获得的扫描使用光速超(骨内核;美国通用电气医疗集团,克利夫兰,哦)和模型感觉64 (B46内核;西门子、德国慕尼黑)扫描仪。
收集人口数据包括年龄、性别、吸烟史与久的人们的数量。诊断定义为第一次约会时间的接触临床护理提供者或疑似IPF诊断基于评估的临床表现,HRCT扫描和/或活检。死亡的病人随访端点或最后访问日期记录在梅奥诊所的医疗记录。直到移植病人肺移植随访日期和审查,与间隔HRCT的变化在此之前包括在分析中。
梅奥诊所研究协议批准的机构审查委员会(IRB 10号- 000320)。包括所有受试者知情同意提供。
肺功能的研究
所有包含相应患者肺功能测试(击球)30天内获得的数据选择的扫描。肺量测定法进行了使用一个清教徒贝内特复兴pneumotachography-based流肺活量计(Mallinckrodt,圣路易斯,密苏里州,美国)根据标准由美国胸科学会/欧洲呼吸学会指南[188bet官网地址11]。流被表示为% M方程预测使用参考伊勒河et al。(12]。
放射科医生CT的半定量的评估
比较的放射科医生的半定量的评价HRCT与卡尺量化结果,两个附属专业胸放射科医生独立(式样哈特曼和B.J. Bartholmai)回顾了HRCT扫描选取为每个病人和跨度为1和2得分以标准化的方式而盲的临床数据和卡尺的结果。视觉评估的评分系统包括实质参与的比例,到最近的5%,在一个特定地区四个放射性异常:肺气肿、毛玻璃混浊,网状的透明和蜂窝。异常的分布分别在每个得分12区域:中央和周边区域的上层,右中间,右低,上部、海豆芽和左叶低。审查放射科医生还记录了他们的评估间隔稳定,发展或提高整体CT异常之间的两个扫描每一个主题。为每个异常地区参与的比例和总参与(每个区域求和放射科医生的评估)的辐射参数(肺气肿,磨砂玻璃,网状和蜂窝)是用于统计分析。
井径仪分析
数据处理
数据处理步骤包括肺提取和分割与识别和提取中央航空公司和中央血管结构,手动分割的解剖叶,和分类的肺实质。肺的分割是通过使用一种自适应density-based形态学方法(13]。航空公司使用迭代分割三维区域生长和连通分量分析。肺血管提取使用一个优化多尺度管状结构增强滤波器(14]。额外sub-segmentation到解剖叶手动跟踪技术是由胸放射科医师(B.J. Bartholmai)和决心完成中央/外围区域的三维体积侵蚀技术,使得外围区代表∼每个肺总量的50%。单独的包含perihilar区域的中央区域每个叶是由半自动确定种脐通过气管树分析和夹杂物的球形区域5厘米,双边,从门的点。实质组织类型检测和量化的类(正常、肺气肿、磨砂玻璃、网状和蜂窝)(图1)是使用滑动窗口执行监督分类方案。
在预处理监督训练阶段,多个(n = 976) 15×15×15-pixel卷感兴趣的选择通过独立分析四个附属专业胸放射科医生从14 HRCT扫描对象证明弥漫性肺疾病的病理诊断(间质性肺病(ILD)肺气肿)或已知没有ILD的对照组。范例候选人与协议类异常的所有四个放射科医生被用来确定规范的直方图特征为每个类的视觉异常自动集群关联技术和签名的每一个视觉类被用于体积的HRCT资料分类测试对象(图2)。
组织量化
卡尺分析相关算法识别和体积量化五放射性的实质特点:正常的肺癌、肺气肿、毛玻璃密度、网状异常和蜂窝测量总升为整个肺。总ILD被定义为总毛玻璃密度的体积总和,网状异常和蜂窝。百分比ILD的比率被定义为总ILD的总和除以卡尺分割肺实质总额。
统计分析
卡尺措施之间的联系、击球和放射科医生的比例估计参与评估使用枪兵的相关系数。两者之间的卡尺测量CT扫描变化的每个主题计算总量正常的肺、毛玻璃密度、网状异常,形成蜂窝状,肺总量、总ILD和ILD百分比。协会在卡尺措施和改变在放射科医生的评估区域半定量结果和进展的总体印象,回归或稳定的疾病与生存使用Cox比例风险回归评估。具有里程碑意义的生存与生存分析索引日期的第二个CT,我们选择的方法,以避免生存偏差条件生活第二CT。单变量和多变量分析包括性别、久、FVC % pred基线,基线DLCO% pred CTs之间和时间进行。在所有情况下,双边假定值< 0.05被认为是具有统计学意义。
结果
病人和HRCT特征
55例患者包括在分析平均±sd72.4±6.9岁和51%的性别分布男性(n = 28) (表1)。31(56%)的55个病人经历了外科肺活检证实通常的间质性肺炎病理,剩余的典型诊断的基础上通常的模式在HRCT和间质性肺炎肺纤维化的临床排除已知的原因。transplant-free生存中值为2.1年(范围1.1 - -3.4年)从第二HRCT时间点。已故的18个受试者不知道,平均随访时间为2.4年(范围0.1 - -8.5年)。均值±sd时间序列HRCT是289.2±109天。虽然这项研究并没有排除对象基于差异的品牌或模型两者之间的扫描仪扫描,75%的受试者的研究表现在同一品牌的扫描仪在跨度为(西门子和通用电气医疗集团)。
井径仪分析
平均体积量化通过卡尺在升为每个特定辐射参数提出了在跨度为1和2表3以及各自的分歧时间间隔。如卡尺量化总容量比例的磨砂玻璃,网状和蜂窝在不同阶段的IPF患者严重程度,意味着总量和比例变化随着时间的推移而不是单个时间点卷被用于生存分析。放射科医生的解释放射性的发现提出了跨度为1和2表4。平均百分比代表平均得分为每个地区和最接近5%的比例在12个区域辐射发现在整个肺。单变量分析结果调整性别、久、基线FVC % pred及基线DLCO% pred介绍表5。统计上显著的关联与生存的变化DLCO% pred(危害比(人力资源)2.14,95%可信区间1.27 - -3.60;p = 0.004)和肺活量(HR 4.17, 95% CI 1.42 -12;p = 0.009)分析肺功能测试。调整分析随时间变化的卡尺测量ILD百分比(HR 1.52, 95%可信区间1.08 - -2.15;p = 0.017), ILD总额(HR 1.70, 95%可信区间1.19 - -2.43;p = 0.003)和网状总额(HR 1.91, 95%可信区间1.21 - -3.0;p < 0.006)与生存相关(表4)。
肺总量之间的关系以卡尺和肺活量衡量击球非常好(r = 0.77 (p < 0.001)和r = 0.87 (p < 0.001),跨度为1和2,分别)。
放射科医生用卡尺和生存相关
Interobserver协议两个专家之间的放射学家和卡尺报告在网上补充表S3和S4。总体而言,关联的两个放射科医生ILD得分(毛玻璃混浊,网状和蜂窝)在所有地区中等到大量(范围0.33,p < 0.001, 0.73, p < 0.001为时间点1和0.33,p < 0.001, 0.77, p < 0.001为时间点2)。关系整体最好的磨砂玻璃和蜂窝网状发现在所有的叶和贫穷。放射科医生1之间的相关性和卡尺ILD得分是轻度至中度(范围0.29,p = 0.001 ~ 0.63, p < 0.005为时间点1和0.24,p < 0.001, 0.64, p < 0.001为时间点2)和轻度至中度(范围0.29,p < 0.001, 0.48, p < 0.001为时间点1和0.28,p < 0.001, 0.64, p < 0.001为时间点2)放射科医师2。调整后的吸烟史(久),性别、FVC和DLCO% pred HRCT扫描间隔时间,改变个人ILD实质结果评估由放射科医生没有生存的预测(表5)。放射科医生的解释ILD的总体全球变化方面的进展是生存的预测。
讨论
卡尺是一个自动化体积量化评估特定的实质在HRCT上辐射特性的工具。IPF患者在我们的研究中,卡尺测量短期(3日- 15日个月)网状变化,和百分比和总ILD的变化是生存的预测。放射科医生之间的相关性是中度到大量关于磨砂玻璃和网状发现估计到最近的5%时,与轻度至中度放射科医生和卡尺ILD的研究结果相同。没有具体的实质的估计ILD和放射科医生的生存预测评估,尽管全球评估疾病进展或改变由放射科医生预测在我们的研究中。
没有黄金标准验证的准确性卡尺体积测量特定区域的病理标本让我们尝试关联纵向变化定量估计放射性纤维化病人的结果,特别是死亡率。纤维化的定量评估卡尺是不会受到混淆疾病如肺气肿或肺高血压可能影响肺功能的措施,我们觉得辐射特性可能反映了更直接的纤维的发展过程和可能是一本小说,并承诺IPF患者评估和管理的工具。
轻度到中度相关性卡尺测量和估计的纤维化程度由两位专家放射科医生在间质性肺疾病是安心和表明卡尺可能确实允许精确和可重复的评估,尽管卡尺的半定量的测量的具体实质ILD特性可能更有利当细微变化不容易承认之间的串行扫描。估计使用一个评分系统去最近的5%允许moderate-to-substantial相关性两名有经验的放射科医生在我们的研究中,但只有与卡尺有轻度到中度相关。我们注意到,虽然算法定量分析通过卡尺检测细微的异常,放射科医生可能不误分类异常与密度相似,但不同的形态(如蜂窝与可能发生肺气肿)用卡尺或从放射科医生评估(磨砂玻璃略有不同与网状异常),解释不同的相关性。
有趣的是,放射科医生的全球评估短期ILD进展也预测生存在我们的研究中。我们知道,一般来说,放射科医生的定量评估和诊断解释往往是不一致的,虽然我们的放射学家度相关性较高。或许这可以解释为我们回顾放射科医生在胸subspecialists放射学在同一机构,拥有了和标准化病例和术语培训其他ILD的研究。Nonblinding跨度为1和2可能增加放射学家警惕预期变化之间的间隔扫描和偏见对疾病进展的理解。然而,这个结论是令人满意的关于有经验的放射科医生检测进展在较短的时间间隔作为统计预测的生存,尽管检测这样的微妙的变化可能不是可再生的或一致的所有实践和制度。卡尺等量化方法可能提供这种一致性,特别是在检测微妙的进展在较短的时间间隔可能是有价值的估算生存和可能被用作治疗反应的标志在未来临床试验。我们鼓励相关的可再生的定量评估疾病的结果是显著的,独立的相关性疾病的主观描述特性由放射科医生。
IPF的预测仍然具有挑战性由于缺乏验证代理疾病进展和不可预知的自然历史的标志。生理数据作为替代标记的使用有很大的局限性。首先,生理措施,如FVC和DLCO,的特点是重要的个体内变异。事实上,FVC下降10%的阈值低于正常的个体内变异的程度,所显示最近的指南(15]。其次,生理指标只提供间接估计纤维化的进展,并可能会影响到共存肺气肿和/或经常与IPF的肺动脉高压(7,8]。最后,击球时可能不够灵敏检测亚临床肝纤维化的进展:FVC下降和当前定义的阈值是一个相对罕见的事件在IPF临床试验,这导致了一些作者认为边际FVC下降可能更敏感,虽然不太特定的(16]。
其他一些研究表明,肝纤维化的程度评估半定量的HRCT是一个强有力的预测结果在IPF (1,4,17]。肺纤维化的相关性的定量估计自动化分析死亡率已经很少有报道的对象(1,18,19]。这条线的研究一直受到缺乏验证的方法和获得高质量差HRCT允许容量评估肺实质。大部分的可用数据的定量分析肺纤维化都集中在基线HRCT异常的预测能力。
使用纵向定量指标的肺纤维化在HRCT上发现可能是一种有吸引力的选择生理指标。一个精确的和可再生的方法允许在HRCT上监测肝纤维化进展将会是一个有价值的替代标记的疾病。不幸的是,由专家评估纤维化卷放射科医生一直受到大量内部和interobserver可变性,和定量CT指标使用分形分析和全局直方图方法还没有被验证或发现有助于临床实践到目前为止(1,4,19- - - - - -24]。卡尺是基于texture-sensitive容量分析,允许自动肺实质的分类根据数据库感兴趣的HRCT卷的放射科医生使用数据验证LTRC [9]。大多数现有的专家系统和相关的定量工具依赖于严格控制图像采集协议提供一致的结果。我们相信仔细选择的训练集的卡尺让更多可再生的分类,其灰度局部直方图算法由图像噪声影响较小,重建内核和其他扫描参数。
虽然我们的初步结果是有前途的,我们承认我们的研究的局限性。首先,卡尺技术开发基于模式签名“绿肺”源自标准化CT分析和收购协议用于LTRC数据库(9]。扫描参数用于CT回顾性研究中LTRC中使用不同的数据库和并不总是相同的两个跨度为扫描。尽管不同采集参数的一些数据集,放射科医生半定量的评估和卡尺轻度到中度相关性分析支持我们的研究结果的有效性。我们假定直方图基于签名的方法可能更健壮和特定的切片厚度或少敏感图像重建参数比其他texture-based或像素计数技术。其次,两个串行HRCT的要求仅仅是为了获得随访的目的让我们排除患者HRCT获得共存疾病(心力衰竭、感染和急性恶化)和其他人只有一个可用的HRCT。这个排除标准可以说是限制了我们研究的外部效度,包括病人更有可能代表一个子集的IPF患者逐渐下降,而不是稳定(不太可能重复HRCT)或不稳定的病人(更容易失访,死亡或经验急性恶化)。然而,包括病人的生存中值是IPF患者相似,通常看到的是令人安心的在这方面。最后,包括病人的数量很小,由于严格的合格标准。虽然小,在先前的研究中使用的数字相媲美的价值评估纵向生理指标的趋势。我们承认这些限制并相信进一步验证我们的初步结果是合理的,包括前瞻性分析的标准化HRCT相等的时间间隔,IPF的比较异常的其他ILD和短期变化的应用发现卡尺预测急性恶化或肺动脉高压等相关并发症的存在。
总之,我们已经表明,卡尺在HRCT上肺实质的描述和量化与可视化评估专家放射科医生,和定量短期体积纵向变化对串行HRCT与IPF死亡率。我们相信在HRCT上ILD的定量特征决定了卡尺可能代表一个准确和可再生的生物标志物的IPF需要进一步验证研究和应用。
脚注
可以从本文的补充材料www.www.qdcxjkg.com
支持声明:本研究由布鲁尔奖在特发性肺纤维化和其他间质性肺疾病的研究。这份出版物是由NIH / NCRR CTSA目前授予数量UL1 RR024150。其内容是完全的责任作者,不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。
利益冲突:披露可以找到与本文的在线版本www.www.qdcxjkg.com
- 收到了2012年5月5日。
- 接受2013年2月19日。
- ©2014人队