이 연구는 초기 다발성 폐결절 환자의 폐 전체에 대한 3차원(3D) 재구성 방법을 소개합니다. 결절 분포 및 폐 조직과의 상호 작용에 대한 포괄적인 시각화를 제공하여 이러한 환자의 진단 및 예후 평가를 단순화합니다.
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이 논문에서
요약
초록
초기 다발성 폐결절 환자의 경우 진단적 관점에서 폐 전체에 걸쳐 이러한 결절의 공간적 분포, 크기, 위치 및 주변 폐 조직과의 관계를 결정하는 것이 필수적입니다. 이는 원발성 병변을 식별하고 의사를 위해 보다 과학적으로 근거가 있는 치료 계획을 개발하는 데 매우 중요합니다. 그러나 머신 비전을 기반으로 하는 패턴 인식 방법은 위양성 및 위음성에 취약하므로 이와 관련하여 임상적 요구를 완전히 충족할 수 없습니다. MIP(Maximum Intensity Projection)를 기반으로 하는 시각화 방법은 국소 및 개별 폐 결절을 더 잘 설명할 수 있지만 여러 폐 결절의 분포 및 공간적 특징에 대한 거시적이고 전체적인 설명이 부족합니다.
따라서 본 연구는 폐 전체 3D 재구성 방법을 제안한다. 폐 전체를 배경으로 의료 영상 처리 기술을 이용하여 폐의 3D 윤곽을 추출하고, 폐, 폐동맥, 다발성 폐결절을 3D 공간에서 3D 재구성합니다. 이 방법은 폐 전체에 걸쳐 여러 결절의 공간적 분포와 방사선학적 특징을 종합적으로 묘사할 수 있어 다발성 폐결절의 진단 및 예후를 평가하는 간단하고 편리한 수단을 제공합니다.
서론
폐에 작고 둥글게 자라는 초기 다발성 폐결절은 양성 또는 악성일 수 있다 1,2,3. 단독 폐결절은 진단과 치료가 더 쉽지만, 초기 다발성 폐결절 환자는 진단과 치료에 상당한 어려움이 있습니다. 효과적인 치료 계획을 세우기 위해서는 폐 전체에 걸쳐 이러한 결절의 공간적 분포, 크기, 위치 및 주변 폐 조직과의 관계를 정확하게 식별하는 것이 필수적이다 4,5. 기존의 진단 방법은 초기 다발성 폐결절을 정확하게 식별하는 데 한계가 있습니다.
최근 의료 영상 처리 기술과 머신 러닝 알고리즘의 발전은 조기 폐 결절 발견 및 진단의 정확성과 효율성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 머신 비전을 기반으로 하는 패턴 인식 방법 및 MIP(Maximum Intensity Projection)6,7,8,9,10을 기반으로 하는 시각화 방법과 같은 다양한 접근 방식이 제안되었습니다.
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프로토콜
본 연구의 경우 베이징 중의과대학 부속 둥즈먼 병원 윤리위원회(DZMEC-KY-2019.90)로부터 윤리 허가를 받았습니다. 이 특정 사례에서는 다발성 폐 결절이 있는 65세 여성 환자와 관련된 사례를 간략하게 설명하는 연구 접근 방식에 대한 체계적인 설명이 제공됩니다. 이 환자는 디지털 모델링을 통해 진단에 대한 정보에 입각한 동의를 제공하고 과학 연구 목적으로 데이터를 사용하는 것을 승인했습니다. 모델 재구성 기능은 상업적으로 이용 가능한 소프트웨어 도구에서 파생됩니다( 재료 표 참조).
1. 데이터 준비 및 isovoxel 변환
- DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 데이터 준비 및 데이터 속성
참고: 매개변수의 변동은 연구 방법론의 영향을 상대적으로 받지 않습니다.- 환자의 DICOM 데이터를 정의된 작업 디렉터리에 복사합니다.
- 파일 브라우저를 사용하여 각 파일 디렉토리를 검사하여 분석을 위한 스캔 레이어 수가 가장 많은 이미지 시퀀스를 식별합니다.
- DICOM 파일을 입력 파라미터로 제공하여 MATLAB 내에서 Dicominfo
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결과
데이터 전처리 단계에서 DICOM 데이터 정렬은 3D 재구성 중에 각 레이어에 대한 올바른 스캔 시퀀스를 보장하기 위한 첫 번째 단계(그림 1)여야 합니다. 다음으로, 3D 볼륨의 올바른 종횡비를 보장하기 위해 등방성 변환이 수행됩니다(그림 2). 그런 다음 CT 장비의 환자 침상에서 나오는 간섭 신호를 제거하기 위해 원본 3D 볼륨(그림 3)에 공간 필터링을 적용합니다(그림 4). 전체 폐의 3D 윤곽을 얻기 위해 각 스캔에서 이미지 분할을 수행하여(그림 5) 이진 폐 이미지를 생성합니다(그림 6). 폐의 3D 윤곽을 기반으로 전체 폐 3D 용적이 재구성되고(그림 7
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토론
이 연구는 전체 흉부 스캔의 맥락에서 폐의 3D 모양을 묘사하기 위해 고급 의료 이미지 처리 기술을 사용하여 전체 폐의 완전한 3차원(3D) 재구성을 만드는 고유한 접근 방식을 소개합니다. 이 기술은 폐 전체에 걸친 초기 다발성 결절의 공간적 배열과 방사선학적 특성을 보다 정확하고 철저하게 묘사합니다. 이 연구는 초기 다발성 폐결절 환자를 위한 진단 및 치료 전략의 정확성과 효능을 높이는 데 귀중한 기여를 합니다.
중요 단계
이 연구에서 프로토콜의 성공에 필수적인 몇 가지 중요한 단계가 확인되었습니다: (1) 폐 스캔의 정확한 3D 부피를 생성하기 위해 DICOM 스캔 시퀀스 좌표를 정렬하고 배열합니다(단계 1.2.2). (2) 후속 3D 재구성에 중요한 3D 체적의 정확한 종횡비를 보장하기 위한 등방성 변환(1.3.4단계); (3) 초기 다발성 폐결절 모델을 사용하여 전체 폐를 재건하여 우세한 폐결절 영역을 식별할 수 있습니다(단계 4.1)........
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공개 사항
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다. 이 연구의 자료표 에 나열된 폐 결절 모델 재구성을 위한 소프트웨어 도구는 Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.의 상용 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어 도구의 지적 재산권은 회사에 있습니다.
감사의 글
이 간행물은 중국 국립한의학총국이 주관하는 제5회 전국 한의학 임상우수인재 연구 프로그램의 지원을 받았다. 공식 네트워크 링크는 http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| MATLAB | 매스웍스 | 2022B | 컴퓨팅 및 시각화 |
| 지능형 엔트로피 | 모델링 도구 | Nodule V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. CT/MRI 융합을 위한 모델링 |
참고문헌
- Mazzone, P. J., Lam, L. Evaluating the patient with a pulmonary nodule: A review. JAMA. 327 (3), 264-273 (2022).
- MacMahon, H., et al. Guidelines for management of incidental pulmonary nodules detected on ct images: from the fleischner society.
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재인쇄 및 허가
