Pleuramesotheliom

Computergestützte Diagnose für Pleuramesotheliom im Frühstadium: Automatische Detektion und quantitative Beurteilung der pleuralen Verdickungen in den thorakalen CT Daten

Der Hintergrund

Fast ein Jahrhundert war es insgesamt mit dem Import und dem Verbrauch von Asbest in den westeuropäischen und nordamerikanischen Industrieländern, anstatt die fibrosen- und krebserzeugende Gefahr durch die Einatmung der Asbestfasern zu erkennen. Tatsächlich wurde das bösartige pleurale Mesotheliom, welches normalerweise ein seltener Tumor ist, tausendmal häufiger in den Personen gefunden, die regelmäßig Asbest während ihrer täglichen Arbeit ausgesetzt wurden, als in der normalen Bevölkerung. Heutzutage wird es statistisch dokumentiert, dass 70-90% der bösartigen pleuralen Mesothelioma auf Asbestbelastung zurück zu führen sind. Fast drei Jahrzehnte vergingen, bis es zu einem gesetzlichen Verbot kam, zum Beispiel im Jahr 1993 in Deutschland. Es gibt unterschiedliche Arten Asbest. Sie unterscheiden sich durch die Form ihrer Fasern. Die schmale und nadelartige Art (Amphibole wie Krokydolith und Amosit, das so genannte blaue Asbest) wurde auf die krebserzeugende Gefahr höher eingestuft, als die gekräuselte und biegsame Art (Chrysotil, das so genannte weiße Asbest), welche biologisch besser abbaubar und daher weniger gefährlich ist. Beide Arten wurden in den verschiedenen Industriebranchen weit verbreitet angewendet. Wegen der Industrialisierung nach dem zweiten Weltkrieg erreichte zum Beispiel in Deutschland der Verbrauch vom Asbest sein Maximum während der späten siebziger Jahre. Aufgrund seiner langen Latenzzeit von durchschnittlich 35 Jahren (zwischen 10 bis 60 Jahren) nach der Asbestbelastung, wird das Maximum der Erkrankung an den bösartigen pleuralen Mesothelioma und des Folgesterbefalls in Deutschland während 2010s erreicht. Weltweit wird in den nächsten 30 Jahren ein Anstieg auf mindestens eine Million Todesfälle erwartet. Zurzeit wird in Deutschland ein Programm zur Vorsorgeuntersuchung auf die asbestbelasteten Personengruppe angewandt. Die Vorsorgeuntersuchung beinhaltet für die Personengruppe mit hohem Risiko eine thorakale CT Aufnahme als eine nicht-invasive Diagnose. Diagnostisierende Ärzte müssen normalerweise über 80 thorakale CT Schichtbilder visuell befunden, um alle Arten von pleuralen oder perikardialen Verdickungen zu finden. Nach einer Diagnose eines bösartigen pleuralen Mesothelioms kann eine Überlebensdauer zwischen 4 bis 18 Monaten ohne Therapie erwartet. Im Fall einer Diagnose des Pleuramesothelioms im Frühstadium jedoch kann eine Pleurektomie zusammen mit einer perioperativen Behandlung die Morbidität verringern und verzögert somit die Mortalität. Deswegen ist eine effiziente und zuverlässige Diagnose vom Pleuramesotheliom im Frühstadium ein Schlüsselfaktor, um die Konsequenzen der erwarteten Spitze der Erkrankung am bösartigen pleuralen Mesotheliom zu erzwingen.

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Thorakoskopie von pleuralen Mesothelioma
Die erwartete Zunahme der Pleuralmesotheliommorbidität in Deutschland mit Spitzwert von maximalen 1000 Fälle im Jahr 2017.

Die Vision

Die typische klinische non-invasive Diagnose von Pleuramesotheliom basiert in der Regel auf die axiale thorakale CT Aufnahme. Abhängig von der Dicke der Schicht variiert die Anzahl der Bilder zwischen 80 Scheiben mit einer Dicke von 5 mm bis zu ungefähr 700 Scheiben mit einer Dick von 0.5 mm. Diagnostizierende Ärzte befunden durch die visuelle Untersuchung von jeder Scheibe auf einer Workstation, um pleurale Verdickungen zu finden. Als Nebenbefund ist das Finden von Lungenknoten. Die Befundung wird in einer standardisierten Form dokumentiert, die die Daten wie ihre Größe, Position und Wachstumsrate enthält. Diese Befundungsmethode ist ein sehr zeitraubendes Verfahren und dauert ungefähr 20 bis 30 min je Datensatz. Außerdem wurde dieses Verfahren häufig als subjektiv häufig gehalten. In der Tat haben Studien gezeigt, dass die damit verbundene Komplexität der Tumormessung eine genaue Einschätzung hindert. Außerdem wurden Differenz bezüglich der Diagnoseergebnisse zwischen unterschiedlichen befundenden Personen gefunden (inter-reader variability). Um die Genauigkeit der Lokalisierung und der topologischen Informationen dieser ziemlich kleinen Bildregionen mit einer subjektiven Sichtauswertung zu erhöhen, müsste eine längere Befundungszeit für jeden Datensatz erforderlich sein. Jedoch wegen der zunehmenden Anzahl der Untersuchungen und der hohen Arbeitsbelastung der Ärzte, die betroffen sind, ist diese Lösung nicht vertretbar. Folglich ist eine Methode erforderlich, die eine genauere Beurteilung von pleuralen Mesothelioma im Frühstadium liefert, die auch zuverlässig, konsistent, und reproduzierbar ist.

Unser Ziel

Das Ziel dieser Arbeit ist, ein Computersystem zu entwickeln, um pleurale Verdickungen in den axialen thorakalen CT Bildern automatisch zu ermitteln und diese quantitativ zu erfassen. Im Fall einer Befundung vom bösartigen Pleuramesotheliom ist es sehr wichtig, eine Diagnose zu stellen, ob es sich um einen neuen Neoplasm handelt. Denn je früher das bösartige Pleuramesotheliom, desto länger kann die Überlebensdauer der Asbestpatienten erwartet werden. Im Fall einer Therapie nach einer positiven Diagnose von pleuralen Mesothelioma sind die genaue und zuverlässige Beobachtung der Entwicklung über den verbundenen Zeitraum, wie Wachstumsrate, sehr notwendig.

Unser Computersystem wurde auf die zur Verfügung gestellten realen Datensätze getestet. Die Testergebnisse zeigten sich zuverlässig und reproduzierbar.

Graphische Benutzeroberfläche des Systems PleuraDatPlus
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Bestimmung vom Kandidaten für die Pleuraverdickung.
Abmessung der topologischen Eigenschaften.

Unser System wird z. Z. in die klinische Routineanwendung integriert.

Kontakt: Peter Faltin, Tel.: +49 (241) 80-27865
Kooperationspartner: Univ.-Prof. Dr. med. Thomas Kraus
Institut für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin,
Universitätsklinikum Aachen, AÖR,
– Medizinische Fakultät der RWTH –
Förderung: Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV)
Projekt-Nr. FF-FB0148
Letzte Aktualisierung: 02.03.2011