Annotation und Registrierung in der MRT-Diagnostik des Nephroblastoms

Abstract

Das Nephroblastom ist der häufigste Nierentumor bei pädiatrischen Patienten. Fortschritte der diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten haben im Laufe der letzten Jahrzehnte die Überlebenschancen dieser Krebserkrankung deutlich steigen lassen. Während die Magnetresonanztomographie bereits eine tragende Rolle der Nephroblastomdi-agnostik inne hat, könnten durch die Untersuchung des Tumors mit Hilfe von Computerpro-grammen neue Erkenntnisse hinsichtlich des radiologischen Erscheinungsbildes und des Ein-flusses der präoperativen Chemotherapie auf die verschiedenen histologischen Subtypen des Nephroblastoms gewonnen werden. Ziel dieser Studie war es, die Volumenberechnung des Tumors mittels Annotation mit der be-währten Methode (Berechnung über Ellipsenformel) zu vergleichen, sowie den Einfluss auf das Volumenverhalten der Tumoren in Abhängigkeit vom histologischen Subtyp, des lokalen Stadiums und der angewandten Chemotherapie zu untersuchen. Weiterhin sollte überprüft werden, ob die Identifikation des histologischen Subtyps allein anhand der MRT-Aufnahmen möglich ist und eine Bewertung der Registrierungsqualität von der Referenz-Modalität T2 auf die Modalitäten T1, T1 mit Kontrastmittel und Diffusion-Weighted-Imaging stattfinden. Für diese Fragestellungen wurden retrospektiv MRT-Aufnahmen von 56 PatientInnen, welche in verschiedenen kinderonkologischen Zentren Deutschlands behandelt wurden, hinsichtlich Tumorvolumens, Histogramm-Parameter der Signalintensitäten (Minimum, Maximum, Me-dian, Mittelwert, Skewness, Kyrtose, Standardabweichung) und deren jeweilige Änderung durch die präoperative Chemotherapie untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass sich Volumenbestimmung mittels Annotation von T2-Auf-nahmen und mittels Berechnung mit Ellipsenformel sowohl vor (P<0,001 für CT/MRT und P=0,023 für Sonographie) als auch nach präoperativer Chemotherapie (P=0,001 für CT/MRT und P=0,031 für Sonographie) statistisch signifikant voneinander unterscheiden. Tendenzen bezüglich des Volumenrückgangs in Abhängigkeit von histologischem Subtyp, lokalem Sta-dium und angewandter Chemotherapie konnten im Vergleich zu größeren Studien nachvollzo-gen werden. Mit Hilfe der Histogramm-Parameter, ADC-Werte und Vergleich des Volumen-rückgangs im Rahmen der Chemotherapie konnte ein Muster zur Unterscheidung zwischen den histologischen Haupttypen Stroma-, Epithel- und Blastemtyp etabliert werden. Außerdem zeigte die Registrierung von T2 auf DWI eine geringere Übereinstimmung im Vergleich zu Registrierungen von T2 auf T1 und T1c. Weitere Studien könnten durch breite Anwendung automatisierter Prozesse wie Annotation und Registrierung neue Erkenntnisse zur radiologischen Risikostratifizierung des Ne-phroblastoms liefern.

The nephroblastoma is the most frequent renal tumor in pediatric patients. Progress in diag-nostic and therapeutic means have led to a rise of the chance of survival over the last decades. While MRI already plays an important role in diagnostics of nephroblastoma, analysis of the tumor with computer software could lead to new findings regarding radiologic appearance and the effect of preoperative chemotherapy on the different histological subtypes. Object of this study was to compare volume calculation of the tumor by annotation with the established method (calculation via Ellipsoid-Formula), as well as examining the effect on the tumor volume depending on histological subtype, local stage and used chemotherapy. Fur-thermore, the feasibility of identifying the histological subtype of the tumor by its mere MRI was reviewed and the quality of registration of T2 with the other modalities T1, T1 with contrast agent and DWI was compared with each other. For these questions MR-Images of 56 patients that were treated in different centers for pedi-atric oncology across Germany were examined retrospectively regarding tumor volume, histo-gram parameters of signal intensities (minimum, maximum, median, mean, skewness, kurto-sis, standard deviation) and their respective changing after preoperative chemotherapy. It was determined that there was a significant difference between volume calculation via an-notation of T2-images and via Ellipsoid-Formula before (P<0,001 for CT/MRI and P=0,023 for sonography) as well as after preoperative chemotherapy (P=0,001 for CT/MRI and P=0,031 for sonography). Tendencies regarding the loss of volume depending on histological subtype, local stage and used chemotherapy were reproduced in comparison to studies with more power. By means of volume loss, histogram parameters of signal intensity and ADC values a pattern for the use of distinction between the three histological main types stromal, epithelial and blastemal was established. Furthermore, deficits for the registration from T2 on DWI sur-faced in comparison to the registration from T2 on T1 and T1 with contrast agent. Further studies could provide more insights into the radiological risk stratification of the nephro-blastoma by extensive use of fully automated processes like annotation and registration.