Computed Tomography-Based Lung Nodule Volumetry - Do Optimized Reconstructions of Routine Protocols Achieve Similar Accuracy, Reproducibility and Interobserver Variability to that of Special Volumetry Protocols?

Zusammenfassung

Ziel: Diese In-vitro- und Ex-vivo-Studie sollte überprüfen, ob anhand optimal rekonstruierter CT-Daten eines Routinethoraxprotokolls (RTP) eine vergleichbare Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Interobservervarianz erzielt werden kann wie mit einem speziellen Volumtrieprotokoll (SVP). Material und Methoden: Zur Untersuchung der Genauigkeit wurden 3 Polyurethan-(PU-)Kugeln (35 HE; 4, 6 und 10 mm Durchmesser) in einem Mehrzeilen-CT mit einem SVP (Kollimation 16 × 0,75 mm, pitch 1,25, 20 mAs, Schichtdicke 1 mm, Inkrement 0,7 mm, mittelharter Faltungskern) und einem modifizierten RTP (Kollimation 1,5 mm, pitch 1,25, 100 mAs, Schichtdicke 2 mm, Inkrement 0,4 mm, harter Faltungskern) untersucht. Zur Überprüfung der Intra- und Interscanreproduzierbarkeit und der Interobservervarianz wurden zusätzlich 20 kleine artifizielle Lungenrundherde durch Injektion entsprechend kleiner Mengen eines Fett-Wachs-Lipiodol®-Gemisches in einem Thoraxphantom erzeugt und anschließend mit den gleichen Scanprotokollen untersucht. Die Phantome und Rundherde wurden anschließend mit einer kommerziellen Volumetriesoftware ausgewertet. Zur Beschreibung der Genauigkeit wurden die relativen Abweichungen von den Realvolumina der PU-Phantome wiedergegeben. Die Intra- und Interscanreproduzierbarkeit und die Interobservervarianz wurden als 95 %-Normbereich (95 %-NB) der relativen Abweichungen zwischen den jeweiligen Messungen berechnet. Ergebnisse: Unter Verwendung des SVP betrugen die relativen Abweichungen für die 4, 6 und 10 mm durchmessenden PU-Kugeln - 14,3 %, - 12,7 % und - 6,8 % bzw. 4,5 %, - 0,6 % und - 2,6 % für das modifizierte RTP. Das SVP erzielte einen 95 %-NB der relativen Abweichungen von 0 - 1,5 % für die Intrascan- und einen 95 %-NB von - 10,8 - 2,9 % für die Interscanreproduzierbarkeit. Der 95 %-NB der Interobservervarianz betrug - 4,3 - 3,3. Das modifizierte RTP erzielte einen 95 %-NB von - 3,1 - 4,3 % für die Intrascan- und einen 95 %-NB von - 7,0 - 3,5 % für die Interscanreproduzierbarkeit. Der 95 %-NB der Interobservervarianz betrug hier - 0,4 - 6,8 %. Schlussfolgerung: Die volumetrische Untersuchung kleiner Kugelphantome und artifizieller Ex-vivo-Lungenrundherde zeigte für die mittels eines speziellen Volumtrieprotokolls und eines modifizierten Routinethoraxprotokolls gewonnenen Daten eine vergleichbare Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Interobservervarianz.

Abstract

Purpose: The aim of this in vitro and ex vivo CT study was to investigate whether the use of a routine thorax protocol (RTP) with optimized reconstruction parameters can provide comparable accuracy, reproducibility and interobserver variability of volumetric analyses to that of a special volumetry protocol (SVP). Materials and Methods: To assess accuracy, 3 polyurethane (PU) spheres (35 HU; diameters: 4, 6 and 10 mm) were examined with a recommended SVP using a multislice CT (collimation 16 × 0.75 mm, pitch 1.25, 20 mAs, slice thickness 1 mm, increment 0.7 mm, medium kernel) and an optimized RTP (collimation 16 × 1.5 mm, pitch 1.25, 100 mAs, reconstructed slice thickness 2 mm, increment 0.4 mm, sharp kernel). For the assessment of intrascan and interscan reproducibility and interobserver variability, 20 artificial small pulmonary nodules were placed in a dedicated ex vivo chest phantom and examined with identical scan protocols. The artificial lesions consisted of a fat-wax-Lipiodol® mixture. Phantoms and ex vivo lesions were examined afterwards using commercial volumetry software. To describe accuracy the relative deviations from the true volumes of the PU phantoms were calculated. For intrascan and interscan reproducibility and interobserver variability, the 95 % normal range (95 % NR) of relative deviations between two measurements was calculated. Results: For the SVP the achieved relative deviations for the 4, 6 and 10 mm PU phantoms were - 14.3 %, - 12.7 % and - 6.8 % and were 4.5 %, - 0.6 % and - 2.6 %, respectively, for the optimized RTP. SVP showed a 95 % NR of 0 - 1.5 % for intrascan and a 95 % NR of - 10.8 - 2.9 % for interscan reproducibility. The 95 % NR for interobserver variability was - 4.3 - 3.3 %. The optimized RTP achieved a 95 % NR of - 3.1 - 4.3 % for intrascan reproducibility and a 95 % NR of - 7.0 - 3.5 % for interscan reproducibility. The 95 % NR for interobserver variability was - 0.4 - 6.8 %. Conclusion: For datasets achieved with an SVP and an optimized RTP, this experimental approach showed comparable accuracy, reproducibility, and interobserver variability to allow for sufficient volumetric analysis of pulmonary lesions.

Key words

CT quantitative - thorax - experimental study

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