Kvantitatív módszer a lítikus csontáttétek jellemzésére radiológiai képek alapján

Abstract

Vizsgálatunk célja az volt, hogy felmérjük a szürkeségi paraméterek diagnosztikai hasznosságát az osteolitikus léziók megkülönböztetésére radiológiai képek alapján. Anyagok és módszerek. Retrospektív vizsgálatot végeztünk. Összesen 76 csontvázröntgenfelvételt használtunk osteolitikus metasztázisokról és 67 myeloma multiplexről készült röntgenfelvételt. Az eseteket nem lapos (MM1 és OL1) és lapos csontokra (MM2 és OL2) osztályoztuk. Ezeket a radiológiai felvételeket számítógépes módszerrel elemezték. A kiszámított paraméterek az átlag, a szórás és a variációs koefficiens (MGL, SDGL és CVGL) voltak, egy-egy érdekes régió szürkeségi szint hisztogramjának elemzése alapján. A diagnosztikai hasznosságot az osteolitikus metasztázisokra és a myeloma multiplexre vonatkozó paraméterek mérésével számszerűsítették, ami a vevői működési jelleggörbe (ROC) alatti terület (AUC) számszerűsítését eredményezte. Eredmények. A lapos csontcsoportok (MM2 és OL2) szignifikáns különbségeket mutattak az MGL () és az SDGL () átlagértékeiben. Az AUC megfelelő értékei az MGL esetében 0,758 és az SDGL esetében 0,883 voltak a lapos csontok esetében. A nem lapos csontok esetében ezek a szürkeségi paraméterek nem mutatnak diagnosztikus képességet. Következtetés. Az MGL és az SDGL szürkeségi szint paraméterek jó diszkriminatív diagnosztikai képességet mutatnak a myeloma multiplex és a lyticus metasztázisok megkülönböztetésére lapos csontokban.

1. Bevezetés

A lítikus csontlézió értékelésének egyik legfontosabb első lépése a beteg életkorának ismerete. A nagyrészt bizonyos korcsoportokra korlátozódó lítikus elváltozások közé tartozik a myeloma multiplex és az osteolitikus metasztázisok a középkorúaknál és az időseknél.

A myeloma multiplex a plazmasejtek rosszindulatú daganata, amely kiterjedt lítikus csontkárosodást okoz. Ez a leggyakoribb elsődleges csontdaganat, amely a gerincben, a koponyában, a bordákban, a szegycsontban és a medencében fordul elő, de bármely, vérképző vörös csontvelővel rendelkező csontot érinthet. A betegek átlagos életkora meghaladja az ötven évet, és a férfiak és nők aránya 3 : 2. A diagnózis laboratóriumi paraméterek alapján, csontvelőbiopsziával vagy -aspirációval kombinálva állítható fel. A myeloma multiplex radiológiai megjelenését szabálytalan, különböző méretű lyticus defektusok jellemzik. Ezeket a lítikus területeket gyakran “lyukasnak” írják le, és nincs periosteális reakciójuk . Ráadásul nem könnyű megkülönböztetni a myeloma multiplex csontbetegségét a lyticus csontmetasztázisoktól a sima filmfelvételen. A myeloma multiplexben szenvedő betegek stádiumbeosztásában, kezelésének értékelésében és prognózisában a lyticus csontelváltozások kimutatása kritikus jelentőségű. Bár új képalkotó technikákat vezettek be a myeloma multiplex kiterjedésének és súlyosságának értékelésére, a legtöbb intézmény még mindig a röntgenfelvételt használja kiegészítő technikaként a betegség stádiumának (progresszió és terápiás válasz) értékelésére.

A metasztatikus rák a leggyakoribb rosszindulatú másodlagos csontdaganat. A csontáttétek radiológiai megjelenésük alapján oszteolitikus, vegyes vagy oszteoblasztos metasztázisokba sorolhatók. A csontba történő áttétképzésre leginkább hajlamos rákok az emlő, a tüdő, a prosztata, a pajzsmirigy és a vese. A betegek átlagos életkora meghaladja a negyven évet. A csontáttétek eloszlása felnőtteknél nagyon hasonló a vérképzőszervi vörös csontvelő eloszlásához, amely egybeesik a trabecularis és a lapos csontokkal . Így a lítikus metasztázis tipikus radiológiai képalkotása az ásványi csontsűrűség csökkenésének területeként jelenik meg.

Ezeknek a csontelváltozásoknak a diagnosztizálása és osztályozása általában különböző képalkotó eljárásokkal történik, beleértve a sima röntgenfelvételt (XR), a csontváz-szcintigráfiát (SS), a komputertomográfiát (CT), a mágneses rezonanciás képalkotást (MRI) és a pozitronemissziós tomográfiát (PET) .

A röntgenvizsgálat az első olyan képalkotó vizsgálat, amelyet a lyticus áttétek és a myeloma okozta csontkárosodás kimutatására végeznek, hogy kimutassák a csontok elvesztését vagy elvékonyodását (osteoporosis vagy osteopenia), a csontokban lévő lyukakat (lyticus léziók) és/vagy töréseket. Az alacsony költségek és a széles körű elérhetőség ellenére a röntgensugárzásnak van egy fontos korlátja: A csont 30%-ának hiányoznia kell ahhoz, hogy a károsodás feltárható legyen.

A myeloma multiplexben előforduló lítikus csontbetegség különbözik a többi rákos betegnél előforduló lítikus csontmetasztázisoktól. Bár a myeloma multiplexben az oszteolitikus áttétekkel ellentétben fokozott oszteoklasztikus csontpusztulás játszik szerepet, amint a myeloma multiplex tumorterhelése meghaladja az 50%-ot egy lokális területen, az oszteoklaszt aktivitás vagy elnyomottá válik, vagy hiányzik .

Vizsgálatunk célja az volt, hogy felmérjük a szürkeségi paraméterek diagnosztikus hasznosságát az oszteolitikus áttétek és a myeloma multiplex megkülönböztetésére radiográfiás felvételek alapján.

2. Anyagok és módszerek

2.1. Az oszteoklasztikus áttétek és a myeloma multiplex között. Képalkotó adatbázis

Az adatgyűjtést két külön ciklusban terveztük. Az első ciklusban 76 olyan anteroposterior röntgenfelvételt vontunk be a vizsgálatba, amelyeken 99mTc-csontszcintigráfiás és 18F-FDG PET-vizsgálatok alapján megerősített osteolitikus metasztázisok (OL) voltak. A betegek előzménye a tüdő adenokarcinómája volt, távoli áttétek (M1) kimutatásával, és nem vizsgálták a korábbi kezelést. Átlagéletkoruk 61 év volt (tartomány 43-81 év, 18 férfi és 27 nő). A második ciklusba összesen 67, 18F-FDG PET-vizsgálatból és laboratóriumi paraméterekből meghatározott, igazolt myeloma multiplexszel (MM) rendelkező anteroposterior röntgenfelvételt is bevontak. A medián életkor 63 év volt (tartomány 51-72 év, 17 férfi és 14 nő).

A röntgenfelvételeket a következő beállításokkal végezték: 70-80 kVp, 100 cm-es fókusz-film távolság, valamint gyors képernyő és filmkazetta (30 cm × 40 cm) használata.

A résztvevő központ intézményi felülvizsgálati bizottságai jóváhagyták ezt a retrospektív vizsgálatot. A tanulmányban felhasznált radiológiai felvételeket a Barcelonai Egyetem Orvosi Karának II. fiziológiai tanszékén működő “Medical Imaging Research” laboratórium adatbázisából szereztük be. A betegek titoktartása védett volt.

2.2. Módszerek

Egy korábbi munkában egy képfeldolgozási és elemzési módszert mutattunk be a csontváz digitalizált röntgenfelvételeinek jellemzésére. Így a digitalizált röntgenfelvételeken a szürkeségi paraméterek segítségével a szövettani és anatómiai jellemzők alapján osztályoztuk az egészséges csontokat. Így egy optimalizált egészséges csont osztályozásról számoltunk be két csoportra: lapos vagy nem lapos csontok (trabekuláris, kortikális) .

A felvételeket egy korábbi munkánkban a csoportunk által kifejlesztett számítógépes módszerrel dolgoztuk fel és jellemeztük . A képfeldolgozási elemzés munkafolyamata a következő lépéseket tartalmazza: (1) képfelvétel, (2) az érdeklődési terület (ROI) kiválasztása, (3) szűrés zajcsökkentés céljából, (4) szürkeségi szint hisztogram (paraméterek kimenete), és (5) statisztikai elemzés a csoportok megkülönböztetésére.

A röntgenfelvételek digitalizálása lézerszkennerrel (KFDR-S; Konica, Tokyo, Japán) történt, 0,175 mm pixelmérettel, 2048 × 2048-as mátrixmérettel és 12 bites szürkeségi szintekkel. A digitalizáló teljesítményét egy minőségellenőrzési protokoll alkalmazásával értékeltük .

A képeket ImageJ szoftverrel (NIH image program) dolgoztuk fel. Az eseteket az egyes röntgenfelvételeken manuálisan körvonalazott 40 × 50 pixeles érdeklődési körből nyertük. Minden egyes röntgenfelvételből csak egy ROI-t használtunk. A szövettani és anatómiai csontjellemzők alapján két csoportba soroltuk őket, lapos vagy nem lapos csontokba . A végleges készlet 67 ROI-t tartalmazott myeloma multiplex csontbetegségből (lapos csont: 36; nem lapos csont: 31) és 45 ROI-t osteolitikus metasztázisokból (lapos csont: 41; nem lapos csont: 35).

A röntgenfelvételeken a képalkotási folyamatból adódó intenzitás inhomogenitások és zaj jelenléte miatt a ROI-t anizotróp diffúziós szűrőnek vetettük alá, amely kisimította a zajt, ugyanakkor megőrizte a csont szerkezetéhez kapcsolódó éleket és kontrasztot.

A röntgenfelvételekből kiszámított paraméterek a ROI szürkeségi szint hisztogramjának elemzésén alapultak (lásd az 1. ábrát): átlagos szürkeségi szint (MGL), standard eltérés szürkeségi szint (SDGL) és variációs együttható (CVGL). Az átlagos szürkeségi szint az egyes ROI-pixelek szürkeségi szintjének átlaga által adott érték. Az MGL 4096 szürke szintet biztosít, mivel 12 bites szürkeárnyalatú képeket használunk (0-4096, ahol a 0 a feketének, a 4096 pedig a fehérnek felel meg). A ROI-képpontok szürkeségi szintjének szórása a szürkeértékek szórását számítja ki az átlagtól (MGL). Az SDGL az MGL-hez viszonyítva variációs együtthatóként (%-ban) fejezhető ki, és a következőképpen fejezhető ki: .

1. ábra

Különböző sima röntgenfelvételek két nagyítása, amelyeken a csontritkulásos régiók (ROI) láthatók. A körvonalazott ROI szürkeszintű hisztogramja a jobb oldalon látható minden esetben. (a) myeloma multiplex (3. eset, koponya); (b) lytikus metasztázis (7. eset, koponya).

2.3. Statisztikai elemzés

Az adatokat az SPSS 16.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL) segítségével elemeztük. Az adatok általános tendenciáinak bemutatására a szokásos leíró összefoglaló statisztikákat használtuk. A csontcsoportok közötti adatösszehasonlítást Student párosított -próbával hajtottuk végre. A ROC-görbe alatti területek (AUC) nemparametrikus becslését végeztük el az egyes figyelembe vett paraméterek (MGL, SDGL és CVGL) diagnosztikus képességének értékelésére a myeloma multiplex csontbetegség és az osteolitikus metasztázisok esetében. Significance was considered to be reached at .

3. Results

Table 1 shows the descriptive statistics for mean gray level, standard deviation gray level, and coefficient of variation gray level parameters for the groups: osteolytic metastases (nonflat bone: OL1; flat bone: OL2) and multiple myeloma (nonflat bone: MM1; flat bone: MM2). When comparing the gray level parameters between nonflat bone groups (MM1 and OL1) there were no significant differences. In contrast, flat bone groups (MM2 and OL2) showed significant differences in mean values of MGL () and SDGL ().

Table 2 shows the AUC values for the groups studied. There were significant values of AUC when comparing flat bone groups of multiple myeloma and osteolytic metastases (MM2 and OL2) for the MGL and SDGL parameters (AUC values: MGL = 0.758; SDGL = 0.883). These results are illustrated in Figure 2: AUC values correspond to the ROC curve when comparing gray level parameters for flat bone groups. Nevertheless, when comparing nonflat bone groups (MM1 and OL1) there were no significant values of AUC for gray level parameters.

Figure 2

ROC curve for the three parameters considered (mean (MGL), standard deviation (SDGL), and coefficient of variation of gray level (CVGL)) when comparing flat bone groups (multiple myeloma MM2 versus osteolytic metastases OL2).

4. Megbeszélés

Ez a tanulmány a szürkeségi szint paramétereinek diagnosztikai pontosságát kívánja értékelni a két különböző patológiájú (metasztázisok és myeloma multiplex) osteolitikus léziók megkülönböztetésére röntgenfelvételek segítségével.

A nem lapos csontok esetében a szürkeségi paraméterek nem voltak képesek különbséget tenni a myeloma multiplex és az osteolitikus metasztázisok csoportjai között.

A lapos csontok esetében a myeloma multiplex esetében az MGL és az SDGL paraméterek ( és , illetve ) szürkeségi szintje alacsonyabb volt, mint a litikus metasztázisoké. Ezzel szemben a CVGL paraméter nem volt képes különbséget tenni e csoportok között (). A myeloma multiplex és az osteolitikus metasztázisok összehasonlításakor az SDGL bizonyult a legjobb megkülönböztető képességűnek (), az MGL pedig jó megkülönböztető képességűnek (). Ez azért fontos a differenciáldiagnózis felállítása szempontjából a két csoportban, mert a csontáttétek és a myeloma multiplex csontbetegség eloszlása szorosan összefügg a lapos csontok (pl. koponya, bordák, szegycsont és medence) elhelyezkedésével. A lapos csont szövettanilag a két kérgi vékony lapból áll, kis arányban trabekuláris szövetet (diploe: csontvelőt tartalmazó puha, szivacsos anyag) is tartalmaz. Az a megállapítás, hogy a lapos csontokban lévő myelóma-elváltozások alacsonyabb szürkeállomány-értékeket mutatnak, a következőképpen magyarázható: myeloma multiplexben az oszteoklasztok csak a myelóma-sejtekkel szomszédos csontbontó felületeken halmozódnak fel; szintjük nem emelkedik a tumorral nem érintett területeken. A csontreszorpció növekedése mellett a csontképződés is elnyomott, így a myelomás betegek csontléziói tisztán lítikusak (nincs oszteoblasztos válasz). Az osteolitikus metasztázisok esetében a tumor csontban történő növekedéséért felelős mechanizmusok összetettek, és magukban foglalják az oszteoklaszt és az oszteoblaszt tumor általi stimulációját, valamint a csont mikrokörnyezetének válaszát.

A myeloma multiplex csontbetegség vagy a lítikus metasztázisok diagnosztizálására jelenleg különböző képalkotó eljárások állnak rendelkezésre (egyszerű röntgenfelvétel, csontváz-szcintigráfia, komputertomográfia, mágneses rezonancia képalkotás és pozitronemissziós tomográfia). Mindkét kórkép kezelésre adott válaszának pontos értékeléséhez szükség van a csont szerkezeti változásainak láthatóvá tételére. Ebben a tekintetben a fent említett képalkotó technikák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai . Napjainkban a lítikus csontelváltozások kimutatására szolgáló alapdiagnosztikai értékelés magában foglalja a hagyományos röntgenvizsgálatot is . A csont vagy a daganat közvetlen anatómiai megjelenítésének korai felismerése változásokat eredményezhet a betegkezelésben és az életminőségben. Bár a csontáttétek kezelhetők, a kezelésre adott válaszukat “nem mérhetőnek” tekintik, ami kizárja a rákos és csontáttétes betegeket az új kezelések klinikai vizsgálataiban való részvételből . A radiográfiát általában a tüneti helyek értékelésére használják, és hasznos kiegészítője a szcintigráfiának a nem specifikus vagy atipikus leletek tisztázására, illetve olyan esetek nyomon követésére, amelyekben a klinikai leletek csontfájdalomra utalnak, de a szcintigráfiás leletek negatívak.

A lítikus csontelváltozások pontos kimutatását javítani kellene ezen elváltozások számszerűsítésével, ezzel megnyitva az utat a számítógépes módszerek előtt, amelyek lehetővé tennék a kiválasztott régiók számszerűsítését a kép értelmezésének szubjektivitásának csökkentése érdekében, az ideális paraméterek kiszámítását, a normalitás mintáinak meghatározását, és a patológia meghatározását ezen indexek eltéréseinek értékelésével. Ezenkívül ez a digitális módszer hasznos lehet e lítikus csontelváltozások kezelés alatti fejlődésének tanulmányozására, az új elváltozások felismerésére és a korábbi elváltozásoktól való megkülönböztetésére.

A módszertan előnyei a széles körű elterjedtség, az alacsony költség és a beteg kényelmének javítása.

Ezt a módszertant klinikai jelentőségű kérdésekben lehetne alkalmazni. Például a biszfoszfonátokat a myeloma multiplex és az oszteolitikus metasztázisoknál előforduló csontkomplikációk megelőző kezelésére adják. Az utóbbi években azonban összefüggést állapítottak meg e gyógyszerek és egy új csontkárosodás: az állkapocs csontritkulás között. Ezt az elváltozást az állkapocsból izolált csontok avaszkuláris nekrózisa jellemzi. Ez a módszertan lehetőséget nyújt e betegség radiológiai manifesztációinak tanulmányozására.

Ez a tanulmány előzetes eredményeket határozott meg a digitalizált röntgenfelvételen a szürkeségi képi paraméterek szerepéről a két csontbetegség számszerűsítésében és megkülönböztetésében. Következésképpen eredményeink azt mutatják, hogy a szürkeségi paraméterek pontosan számszerűsítik a myeloma multiplex és a lyticus metasztázisok csontelváltozásait a lapos csontokban. Ez a differenciáldiagnosztika kiegészítő módszereként hasznos lehet. A csontmetasztázisok és a myeloma multiplex csontlézióinak többsége (megközelítőleg 80-90%) a tengelycsontvázban (gerinc, bordák, koponya, combcsont és medence) található, amelyek főként lapos csontok.

Végeredményben a szürkeségi paraméterek MGL és SDGL jó diszkriminatív diagnosztikai képességet mutatnak a myeloma multiplex és a lítikus metasztázisok megkülönböztetésére a lapos csontokban ( és 0,883, illetve).

Érdekütközés

A szerzők kijelentik, hogy e cikk publikálásával kapcsolatban nem áll fenn érdekellentét.