Současný stav a potenciál počítači posilované diagnostiky v lékařském zobrazovaní

GILBERT, F.J., LEMKE, H. (Editorial): /Computer-aides diagnosis./ Brit.J.Radiol., 78, Spec.issue S2, 2005, s. S1 - S19.

V nedávné době se stala diagnostika, podporovaná počítači - CAD (= Computer Aided Diagnosis) nejaktuálnějším předmětem radiologického výzkumu. V posledních třech letech kupř. narůstal počet sdělení na toto téma, přihlášených na RSNA každoročně o 50 %, z 55 v r. 2000 na 191 v r. 2003. Orientace těchto výzkumů se týká všech základních směrů vyšetřovacích technologií, od klasické radiologie po MR a UZ. Hlavními orgány, na něž je pozornost zaměřena, jsou prsy, hrudník, tračník, CNS, játra, ledviny a systémy cévní a pohybové ústrojí.
Hlavním konceptem CAD je vytvářet jakési „druhé mínění", které by radiologovi mělo pomoci v hodnocení konkrétního nálezu. V těchto snahách nejde jen o rozvoj počítačových technologií, ale také o sledování toho, jak užitečné jsou počítačové informace pro radiologa a jaký mají vliv na jeho definitivní diagnózu. Proto jsou významné i studie příjemcových charakteristik (ROC = Receiver Operating Characteristics), současně s výpočetními algoritmy.
CAD je obecně definována jako diagnóza, kterou lékař dělá a bere přitom v úvahu výpočetní údaje, opírající se o kvantitativní analýzu radiologických obrazů. Tato definice se podstatně liší od zastaralé ze šedesátých a sedmdesátých let minulého století, v nichž byl radiolog nahrazován počítačem. Ve skutečnosti je však posláním počítače zlepšit kvalitu a produktivitu radiologovy práce, podepřít jeho diagnózu, snížit časový nárok na stanovení diagnózy, upřesnit lokalizaci léze a stanovit pravděpodobnost choroby. To také vyjadřuje poslání CAD v diferenciální diagnostice. Základními technologiemi v CAD tedy jsou:
a) zpracování obrazu k odhalení abnormalit a jejich „vytažení" z obrazu,
b) kvantifikace prvků obrazu, které jsou předpokladem abnormalit,
c) zpracování dat ke klasifikaci změn na rozhraní mezi benigními a již počínajícími maligními.
d) kvantitativní hodnocení a vyhledávání obrazů, jež jsou podobné stávající, neobjasněné lézi,
e) pozorovatelovy studie s použitím analýzy ROC.
Z minulosti se převážná většina schémat CAD věnovala lézím v mamogramu, detekci plicních uzlů na snímcích hrudníku a jeho CT vyšetření, detekci polypů v CT kolonografii. Tyto jednotlivé směry jsou zatím také vrcholové a lze předpokládat, že na ostatních polích se budou další postupy rozvíjet. CAD systém pro mamografii je už v USA komercionalizovaný a postupně se šíří v dalších mamografických střediscích, hlavně s pochopitelným zaměřením na časnou detekci karcinomu prsu. VJaponsku byl vyvinut CAD systém pro analýzu snímků hrudníku a analýzu plicních uzlů.
Vývoj multidetektorového CT vedl k produkci velkého počtu obrazů, což vyžaduje od radiologů přídatný čas k jejich interpretaci. Zlepšení kvality MDCT-obrazů přispělo k jejich trojrozměrnému zpracování, čímž se blíží sumačním snímkům a jejich informačnímu přínosu; konkrétně šance na detekce plicních uzlů v MDCT se obecně zvýšila.

Detekce a klasifikace plicních uzlů na digitálních snímcích hrudníku

Opakovaně se potvrdilo, že radiologové mohou přehlédnout při prvním čtení snímku až 30 % nesporných plicních uzlů, které jsou při zpětném čtení nesporně patrné. Jedním z úkolů CAD v detekci plicních uzlů je jejich lokalizace, což je pro radiologa významnou pomocí. Kandidáti na uzle jsou pak identifikováni prahováním hraničních hodnot pixel v diferencovaných obrazech, odvozených ze snímků hrudníku. Jakmile je na snímku uzel odhalen, radiologovou další úlohou je posoudit jeho povahu, tj. zda má uzel povahu benigní nebo maligní. Tato klasifikace se považuje za nesnadnou. Smyslem CAD zde je podpořit „druhým míněním" pravděpodobnost radiologova mínění. Pracuje se přitom s vyhodnocením obrysů uzle, jeho velikosti, rozložení změn pixel v uzlech a s distribucí hraničních složek.

Detekce plicních uzlů na CT snízkou dávkou

Helikální CT s nízkou dávkou záření (LDCT) se v současnosti jako metoda screeningu považuje za nejslibnější techniku při včasném odhalení plicního karcinomu. Tyto CT obrazy jsou lepší než sumační snímky hrudníku při odhalování periferních plicních karcinomů. Pro radiology je ovšem obtížné a časově náročné poslání, nacházet plicní uzle ve velkém počtu CT snímků. Jakékoliv použitelné CAD by proto u LDCT bylo v tomto úsilí užitečným; pokusy na tomto poli stále probíhají a opírají se vesměs o subtrakční postupy, kdy jsou uzle „vytaženy" do popředí a ostatní parenchym plic je považován za normální pozadí. Postup je přínosný tím, že odstraňuje velký počet falešně pozitivních ložisek. Nacvičení postupu ovšem vyžaduje kolem 500 000 skenů, aby bylo účinné a dá se v něm naskenovat jen 10 pozitivních a 10 falešně pozitivních uzlů, potřebná doba ke zpracování dosahuje až 30 hodin.

Pravděpodobnost malignity u plicních uzlů vysoce rozlišující HRCT

U CT s jedním detektorem a pracujícím s nízkou dávkou se shledalo při screeningu, že je počet falešně pozitivních nálezů, tj. nekalcifikovaných uzlů v plicích značně vysoký (až 87-93 %) při tloušťce vrstvy 10 mm a u tloušťky vrstvy 5 mm až 99 % falešně pozitivních nálezů. Tento údaj snižuje spolehlivost CT screeningu. S použitím HRCT se výsledky poněkud zlepšily s použitím schématu CAD. Potvrdilo se však, že u některých nesouhlasů mezi míněním radiologů a počítače měla pravdu strana jedna, jindy opačná.

Užitečnost podobných obrazů k rozlišení mezi benigními a maligními uzly v nízkodávkovém CT

V době zácviku se radiologové učí diagnostice popisováním mnoha případů různé povahy, jež jsou si mnohdy morfologicky podobné. Pokud povahou zásadně odlišné dvě léze obsahují obrazově shodné plochy, znesnadňuje to radiologům hodnocení jejich benignity či malignity, zatímco kupř. přítomnost spekulace byť jen v jejich části pro malignitu hovoří.

Kvantitativní analýza difuzních plicních chorob v HRCT

Diferenciální diagnostika difuzních plicních onemocnění je hlavní doménou HRCT. Současně je HRCT právem považována pro radiology za velmi nesnadné pole působnosti, především pro velký počet a variabilitu difuzních plicních procesů a také proto, že chorobné plicní nálezy jsou většinou popisovány v subjektivních pojmech. „Druhé mínění" poskytované CAD je ovšem velmi cennou připomínkou možných eventualit. Byly vypracovány a studovány základní vzorce, zahrnující lineární, retikulární a nodulární opacity, emfyzémové strukturální změny, voštinovitá pole a okrsky konsolidace. S použitím počítačových detekčních metod se zvýšila spolehlivost detekce až na 99,2 % u retikulárních a voštinovitých změn, na 100 % u retikulárních a lineárních opacit, na 88 % u opacit nodulárních, na 95,8 % u emfyzematózních změn a na 100 % u konsolidací.

Detekce nitrolebních aneuryzmat při angiografii MR

Souborné studie obdukcí potvrzují, že obecná populace má mezi 3,6 - 4 % nitrolebních aneuryzmat, která mohou vyvolat subarachnoidální hemoragickou rupturu. To vede k vážné poruše se 40-50% mortalitou. Odhaduje se, že 1-2 % aneuryzmat praskne za rok. Je proto rostoucí zájem o možnost méně invazivních zobrazení nitrolebních aneuryzmat oproti CTA, kupř. s použitím MRA. Ale ani na MIP-obrazech nemusí být snadné odhalit i středně velká aneuryzmata, protože snadnosti brání překrytí cév a někdy jejich nezvyklé průběhy. Značný časový nárok představuje pro radiologa také pokus o odhalení ev. mnohotných aneuryzmat, především menších rozměrů s použitím MRA. Existuje vypracované schéma pro detekci nerupturovaných aneuryzmat velikosti 3-26 mm (průměru 6,6 mm) s voxely velikosti 0,5 mm, pracující ve stupních šedi, hodnotící obrazy bodovým systémem porovnání stupňů šedi v jednotlivých pozicích. Tento CAD systém se jeví pro radiology užitečným při detekci nitrolebních aneuryzmat.
Další vývoj schémat CAD probíhá a posiluje diagnostickou přesnost výpočetních produktů pro různé druhy zobrazovacích modalit, onemocnění a orgánové systémy.
Kolář