Een studie naar de klinische implementatie van iteratieve model-based reconstructive : een vergelijking tussen iteratieve model-based reconstructie en iDose toegepast op de longafwijkingen emfyseem en noduli

(1)

(2)

Abstract

INTRODUCTIE In 2015 zijn in de Nederlandse ziekenhuizen ruim 1,5 miljoen computertomografie-scans (CT-scan) gemaakt, hiervan waren 462.400 scans een CT-thorax [1][2]. De CT- beelden die gereconstrueerd zijn met de huidige methode (iDose⁴) bevatten een aanzienlijke hoeveelheid ruis, wat het voor radiologen lastig maakt om kleine afwijkingen in de long op te merken.

Iteratieve model-based reconstructie (IMR) onderdrukt deze ruis [3]. Bij radiologen bestaat echter de angst dat met deze reconstructiemethode klinisch relevante details verloren gaan. In dit onderzoek wordt gekeken naar de klinische toepasbaarheid van IMR bij het beoordelen van noduli en emfyseem, waarbij een vergelijking wordt gemaakt met iDose⁴.

METHODE Het onderzoek is opgedeeld in twee delen. In deel 1 bestaat uit een fantoomstudie naar het verschil in de gemeten grootte van een object en de zichtbaarheid van een object tussen de reconstructies. Daarnaast wordt het verschil in gemeten grootte onderzocht door middel van het opmeten van noduli uit patiëntenbeelden. In deel 2 wordt door middel van een enquête de persoonlijke voorkeur van radiologen voor ruis onderzocht. Verder wordt gekeken naar de optimale IMR-instelling voor het beoordelen van beelden met noduli en emfyseem.

RESULTATEN IMR heeft een betere zichtbaarheid van objecten met een minimaal afwijkende dichtheid vergeleken met iDose⁴. Bij het meten van zowel cirkels in het fantoombeeld als noduli in patiëntenbeelden scoren alle instellingen gelijkwaardig. Gemiddeld gezien hebben radiologen geen duidelijke voorkeur voor beelden met ruis. De scores tussen de radiologen verschillen onderling.

Voor beide longafwijkingen geeft iDose⁴ de beste score in subjectieve beeldbevindingen. IMR L1 Routine scoort als enige instelling niet significant beter of slechter dan iDose⁴.

DISCUSSIE Dit onderzoek geeft een waardevolle aanvulling op de al bestaande literatuur omdat het de mogelijkheid van de implementatie van de techniek naar de kliniek onderzoekt. Opvallend is de mate waarin persoonlijke voorkeur rol speelt. Dit zou een obstakel kunnen vormen bij eventuele implementatie. Om betrouwbaardere resultaten te verkrijgen zullen de experimenten herhaald moeten worden met een grotere onderzoeksgroep.

CONCLUSIE Het is niet eenvoudig om te concluderen dat het overgaan op IMR een verbetering dan wel verslechtering is in vergelijking met iDose⁴. Wel is te concluderen dat IMR L1 Routine niet significant slechter is bevonden dan iDose⁴, gekeken naar de vragenlijst. Verder heeft deze instelling een significant betere zichtbaarheid van kleine objecten met een minimaal afwijkende dichtheid. Overgaan op IMR met deze instelling zal geen achteruitgang op beeldkwaliteit geven.

Een reden om in de praktijk over te gaan op IMR is de potentie tot stralingsdosisverlaging. Om te kunnen zeggen of dit daadwerkelijk mogelijk is en of de beelden in dat geval van dezelfde kwaliteit zijn, zal er nog verder onderzoek gedaan moeten worden.

(3)

Voorwoord

Voor u ligt het verslag van de multidisciplinaire opdracht naar de mogelijkheid van klinische implementatie van IMR naar de kliniek. Dit onderzoek is geschreven in het kader van ons afstuderen van de bachelor Technische Geneeskunde aan de Universiteit Twente, in opdracht van het Rijnstate Ziekenhuis te Arnhem.

Samen met onze medische begeleiders M.E.J. Pijl en L. Deden hebben wij de richting van dit onderzoek bepaald. Via hen hebben we de benodigde data voor dit onderzoek verkregen. Ver- der stonden ze altijd klaar om onze vragen te beantwoorden. Onze technische begeleider M.E.

Kamphuis heeft ons goed kunnen helpen door het onderzoek te concretiseren en tijdens het proces ons te adviseren wanneer wij problemen tegenkwamen. E.P.J. Smits begeleidde ons groepsproces en persoonlijke ontwikkeling. Ze was altijd geïnteresseerd in onze voortgang en ondersteunde ons met haperingen, wat erg fijn was. We willen deze mensen graag bedanken omdat zij ons hebben geholpen dit onderzoek uit te voeren.

Wij wensen u veel leesplezier toe.

Deborah Hubers, Ilana Lakerveld, Jorrit van Poelgeest en Justin te Wildt

Enschede, 22 juni 2018

(4)

Inhoudsopgave

Introductie 5

Anatomie en Fysiologie . . . . 5

Longafwijkingen . . . . 6

Nodulus . . . . 6

Longemfyseem . . . . 7

Techniek . . . . 8

Wetenschappelijk kader . . . . 10

Klinische vraagstelling . . . . 10

Algemene methode 12 Deel 1: Zichtbaarheid van objecten bij minimaal afwijkende dichtheden, afwijking in gemeten grootte en selectie van instellingen 13 Methode . . . . 13

Zichtbaarheid van objecten bij minimaal afwijkende dichtheden . . . . 13

Afwijking in gemeten grootte bij een fantoomscan . . . . 13

Afwijking in gemeten grootte van noduli in patiëntbeelden . . . . 14

Vragenlijst voor subjectieve beeldbevindingen . . . . 14

Resultaten . . . . 15

Discussie . . . . 19

Selectie voor deel 2 . . . . 23

Conclusie . . . . 23

Selectie voor deel 2 . . . . 23

Deel 2: Persoonlijke voorkeur van radiologen naar ruis en instelling 24 Methode . . . . 24

Voorkeur voor ruis . . . . 24

Resultaten . . . . 26

Discussie . . . . 29

Conclusie . . . . 31

Aanbeveling 32

Referenties 33

Bijlage A: Statistische analyses 35

Bijlage B: Score per persoon per instelling 51

Bijlage C: MATLAB script 52

(5)

Introductie

In 2015 zijn in de Nederlandse ziekenhuizen ruim 1,5 miljoen computertomografie-scans (CT-scans) gemaakt. Dit is in vergelijking met 1990, waar 400.000 scans gemaakt werden, een stijging van bijna 400 procent [1]. Van deze 1,5 miljoen scans waren 462.400 scans een CT-thorax [2]. Deze worden worden onder andere gemaakt om de longen af te beelden. De grote hoeveelheid lucht in de longen zorgt voor een laag contrast in het longparenchym. Bij een CT-scan kan het daardoor lastig zijn om alle aspecten van de longen duidelijk af te beelden. De manier waarop de verkregen data van een CT-scan verwerkt wordt, is essentieel voor de kwaliteit van de beeldvorming. De CT-beelden die met de huidige methode worden gereconstrueerd, bevatten een aanzienlijke hoeveelheid ruis. Door de aanwezigheid van deze ruis kan het voor radiologen lastig zijn om kleine afwijkingen in de long op te merken. Een ander wiskundig complexer reconstructiealgoritme kan de aanwezigheid van ruis onderdrukken [3]. Deze methode wordt steeds vaker toegepast in de patiëntenzorg. Bij radiologen bestaat echter de angst dat deze filtermethode gelijkerwijs klinisch relevante details van het longbeeld wegneemt. Dit kan de juiste classificatie van verschillende longafwijkingen bemoeilijken, terwijl dit essentieel is voor het opstellen van een behandelplan. Wanneer er een verkeerde diagnose wordt gesteld, kan dit negatieve gevolgen hebben voor de patiënt door het uitvoeren van een verkeerde behandeling. Twee veel voorkomende longafwijkingen, waarbij het behandelplan afhankelijk is van de classificatie, zijn noduli en emfyseem. Het is hierdoor van belang om meer duidelijkheid te krijgen over de toepasbaarheid van de complexere reconstructietechniek gekeken naar deze longafwijkingen. Om verschil in beeldvorming van longafwijkingen tussen de reconstructietechnieken te kunnen bepalen, is het essentieel om kennis te hebben van zowel de anatomie van de longen als van de bovengenoemde longafwijkingen. Daarnaast is het van belang om de verschillende reconstructietechnieken te kennen.

Anatomie en Fysiologie

De linker- en rechterlong met ertussen het mediastinum bevinden zich in de thoraxholte. Beide longen bestaan uit meerdere kwabben, welke door fissuren van elkaar gescheiden worden. De linkerlong wordt door de oblique fissuur verdeeld in een boven- en een onderkwab. De grotere rechterlong heeft naast de oblique fissuur ook een transversale fissuur waardoor er drie kwabben onderscheiden kunnen worden; een boven-, midden- en een onderkwab. De longen worden verder opgedeeld in secundaire lobuli. Een secundaire lobulus wordt gezien als de anatomisch functionele pulmonaire eenheid, deze zijn daarnaast verantwoordelijk voor de structuur van de longen. Beide longen bevinden zich in een pulmonaire ruimte bekleed door een viscerale en pariëtale pleura. Het gebied tussen de pleurae is de interpleurale ruimte. Om de beweeglijkheid van de pleurae tijdens de ademhaling te bevorderen is deze ruimte gevuld met een sereuze vloeistof. De oppervlaktespanning die zich in de pleuraholte bevindt, zorgt voor de binding van het longoppervlak met de thoracale wand.[4]

De trachea splitst zich in twee primaire bronchiën. De primaire bronchiën vertakken zich beiden tot secundaire en tertiaire bronchiën. De bronchiën hebben stevige kraakbeenringen, welke voorkomen dat de luchtwegen dichtklappen. De tertiaire bronchiën splitsen zich verder tot een bronchiolus.

Bronchioli hebben geen kraakbeenringen, deze worden opengehouden door de elasticiteit van het longweefsel. Een bronchiolus vertakt zich nog ongeveer vijftien keer tot de terminale bronchiolus is bereikt. Op een CT-scan zijn de bronchioli zichtbaar als een buisje met een donker lumen en lichte wand. De terminale bronchioli eindigen in longzakjes, welke bestaan uit een cluster van alveoli. Ter hoogte van de alveoli vindt gasuitwisseling plaats. De alveoli hebben een dunne wand en zijn omgeven door een netwerk van capillairen. In de wand van de alveoli zitten cellen die surfactant produceren, een vloeistof die de oppervlaktespanning verlaagt. Deze aspecten zorgen voor optimalisatie van de gasuitwisseling. Zuurstofarm bloed wordt vanuit het rechter ventrikel van het hart naar de long gepompt, waar het richting de capillairen rondom de alveoli gaat. Deze capillairen zijn op een CT-scan te zien als lichte buisjes.[4]

Tussen de luchtwegen en longblaasjes bevindt zich interstitieel longweefsel. In gezonde toestand is dit op een CT-scan niet zichtbaar, bij pathologische verschijnselen kan het interstitieel longweefsel wel zichtbaar zijn. Door de elastische vezels in het interstitieel longweefsel kan de long zich uitzetten tijdens het inademen en weer samenvallen bij uitademing. De ademhalingsspieren hebben

(6)

grote invloed op de beweeglijkheid van de long. Deze spieren vergroten bij inademing de borstkas waardoor de longen zich uitzetten en zich kunnen vullen met lucht. Bij uitademing komen de spieren terug in hun huidige positie, waardoor het longvolume weer afneemt. Hierdoor wordt de lucht uit de longen geperst. De spieren die aan dit mechanisme meewerken zijn het diafragma, de intercostale spieren en de hulpademhalingsspieren.[5]

Longafwijkingen

Door een verstoring van de gezonde situatie kunnen er verschillende ziektebeelden ontstaan. Hier- onder bevindt zich informatie over twee longafwijkingen waarbij de juiste classificatie essentieel is voor het vaststellen van de behandeling. Deze ziektebeelden worden in dit onderzoek meegenomen om de kwaliteit van de beelden van de verschillende reconstructiemethoden te bepalen.

Nodulus

Een nodulus is een gezwel in de long dat niet groter is dan drie centimeter in diameter. Een nodulus wordt meestal bij toeval gevonden. Noduli kunnen benigne of maligne zijn. Een benigne nodulus duidt meestal op de vorming van littekenweefsel. Dit kan het gevolg zijn van een ontsteking die veroorzaakt is door een infectie. Groeiende noduli hebben een maligne indicatie en kunnen zich ontwikkelen tot een tumor. Maligne noduli kunnen het begin zijn van een longcarcinoom, maar kunnen ook metastasen van andere kankersoorten zijn. Uitzaaiingen in de long zijn vaak afkomstig van mammacarcinoom of een coloncarcinoom. De locatie van een nodulus kan centrilobulair, perilymfatisch of willekeurig zijn. Een centrilobulaire nodulus bevindt zich in het midden van een lobulus. Een perilymfatische nodulus bevindt zich rondom de lymfevaten. Willekeurig wil zeggen dat de nodulus overal kan voorkomen.[6]

De classificatie van een nodulus gebeurt op basis van patiëntgegevens, zoals leeftijd en rookgedrag én op eigenschappen van de nodulus, zoals grootte en mate van verkalking. De eigenschappen van een nodulus kunnen bepaald worden met een CT-scan. Een nodulus is op een CT-beeld te zien als een hyperdens gebied. Een indicatie voor maligniteit zijn de toegenomen aanwezigheid van lobulegrenzen, ronde hypodense plekjes en de ontwikkeling van solide plekjes in matglas abnormaliteiten.[6]

Figuur 1: Klassen nodules [7]

Een pulmonaire nodulus is te categoriseren in verschillende klassen, solide nodulus en sub solide nodulus (SSN), zoals weergegeven in Figuur 1. De SSN is weer op te delen in een partieel solide nodulus (PSN) en een puur matglas nodulus (PGGN). De klasse van nodulus geeft een indicatie tot welke pathologie de nodulus behoort.[7]

Solide Nodulus

Een solide nodulus is vaak een mucineus adenocarcinoom in situ, een mucineuze minimaal invasieve adenocarcinoom of een

ander soort adenocarcinoom [8]. De solide nodulus heeft goed zichtbare randen en is kleiner dan 3 cm. Groter dan 3 cm wordt het een massa genoemd [9]. De kans op maligniteit is bij de solide nodulus het laagst namelijk 7%.[10]

Sub Solide Nodulus

De SSN is een voorloper van een tumor die soms weer kan verdwijnen, wat duidt op een ontste- kingskarakter. Persisterende SSN’s hebben een risico te gaan groeien bij ouderdom. Vaak worden SSN’s drie jaar gevolgd. Als ze dan nog steeds niet gegroeid zijn, is het risico klein dat dit in de toekomst wel zal gebeuren. Epidermal growth factor receptor (EGFR) is een oncogen voor SSN’s en een mutatie hierin zorgt dus voor een vergrootte kans op groei.[11]

Puur Matglas Nodulus

Een PGGN is vaak een atypisch adenomateus hyperplasie of nonmucineus adenocarcinoom in situ [8]. De PGGN heeft na resectie een survival rate van bijna 100% [6]. De PGGN heeft 18% kans

(7)

Partieel Solide Nodulus

Een PSN is vaak een nonmucineuz adenocarcinoom in situ, een nonmucineuz minimaal invasief adenocarcinoom, een lepidic predominante adenocarcinoom of een ander soort adenocarcinoom [8]. De PSN heeft met 63% de grootste kans op maligniteit. [6]

Longemfyseem

Emfyseem wordt beschouwd als onderdeel van COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease).

Bij COPD is er sprake van expiratoire volumestroombeperking. In het geval van emfyseem wordt dit veroorzaakt doordat er steunweefsel verloren gaat. Hierdoor ontstaat er chronische bronch- usobstructie, wat resulteert in progressieve kortademigheid. De interstitiële extracellulaire matrix van de long wordt bij emfyseem afgebroken door elastase. In een gezonde situatie wordt deze stof geremd door α1-antiprotease. Wanneer de werking van α1-antiprotease wordt geremd leidt dit tot overproductie van elastase. Hierdoor is overmatige afbraak van de interstitiële extracellulaire matrix door elastase mogelijk. Bij dit proces worden de wanden van de longblaasjes dusdanig beschadigd dat ze met elkaar versmelten, wat niet meer te herstellen is.[12]

Emfyseem wordt in een CT-scan gekenmerkt door abnormale vergroting van de lucht houdende ruimten distaal van de bronchiolus terminalis. Er zijn drie soorten emfyseem te onderscheiden, namelijk centrilobulair, panlobulair en paraseptaal emfyseem [13]. Centrilobulair emfyseem is het meest voorkomende type en vindt voornamelijk plaats in de bovenste gedeelten van iedere kwab, centraal in een secundaire lobulus. In Figuur 2a is een vroeg stadium van centrilobulair emfyseem te zien. Er zijn veel kleine hypodense gebieden te zien zonder wand. In Figuur 2b is een gevorderde vorm van centrilobulair emfyseem te zien, waarbij de beschadiging van de alveoli zichtbaar is als hypodense gebieden van toegenomen grootte. In Figuur 2c is vergevorderd centrilobulair emfyseem te zien, dit uit zich op een CT-scan als grote hypodense gebieden.[5]

(a) Vroeg stadium centrilobulair emfyseem

(b) Gevorderd centrilobulair emfyseem

(c) Vergevorderd centrilobulair emfyseem

Figuur 2: Verschillende stadia centriloblair emfyseem[5]

Figuur 3:

Panlobulair emfyseem [5]

Figuur 4:

Paraseptaal emfyseem[5]

Panlobulair emfyseem wordt gekarakteriseerd door uniforme destructie van de alveolaire wanden over de hele lob. Het is voornamelijk gelokaliseerd in de onderste gebieden van de long, hier is de doorbloe- ding van de long grootst. In Figuur 3 is te zien dat dit type emfyseem homogene verzwakking van het beeld geeft. Paraseptaal emfyseem grenst zich aan de pleura en septale lijnen, zoals te zien in Figuur 4.

De aangedane lobuli zijn bijna altijd subpleuraal en hebben kleine focale lucencies (subpleural blebs).[5]

(8)

Techniek

Bij de verdenking van onder andere longafwijkingen wordt een CT-scan gemaakt waarbij de patiënt wordt blootgesteld aan röntgenstraling. De röntgenbundel die wordt gebruikt, wordt door een collimator beperkt tot een lineaire bundel [14]. Hierdoor is het gemakkelijk te achterhalen welke data van welke specifieke stralingsbundel afkomstig is. De röntgenbundel verplaatst zich parallel langs de detector onder een specifieke hoek α. Dit proces wordt herhaaldelijk toegepast totdat alle data van de patiënt verkregen is. Om de verkregen data van de patiënt af te kunnen beelden worden de stralingsintensiteiten die door de detector opgevangen zijn wiskundig beschreven als integrale functies. Deze functies beschrijven de intensiteit op bepaalde posities van een lineaire lijn onder een specifieke hoek. In de eerste klinisch functionele periode van CT werd de data afgebeeld door middel van terugprojectie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de inverse functies van de integraalvergelijkingen.[15]

Een nadeel van terugprojectie is dat de beeldscherpte en beeldruis direct aan elkaar gekoppeld zijn.

Vereenvoudigd geldt er: hoe scherper het beeld, hoe meer ruis. Daarnaast houdt terugprojectie geen rekening met de beeldruis die veroorzaakt wordt door de Poisson-statistische variaties in het aantal fotonen in het beeldvlak. Dit houdt in dat bij de afname van de stralingsdosis, de hoeveelheid ruis in de afbeelding toe neemt. Een verklaring hiervoor is dat scattering een deel van de fotonen op een willekeurige plek terecht laat komen. Deze fotonen worden gedetecteerd en zijn verantwoordelijk voor de ruis. Op het moment dat de stralingsdosis verhoogd wordt, is deze hoeveelheid willekeurig gedetecteerde fotonen relatief minder waardoor er minder ruis op de afbeelding komt. Het gevolg hiervan is dat er een vereiste hoeveelheid aan stralingsdosis benodigd is om een beeld van voldoende kwaliteit voor diagnostiek te reconstrueren. Om de Poisson-statistische variaties te onderdrukken wordt er een filter toegepast in het frequentiedomein, nog voordat de data kan worden afgebeeld.

Een vaak toegepast filter hiervoor is het Ram-Lak-filter, welke functioneert als een high-pass filter.

Terugprojectie in combinatie met een filter wordt Filtered Backprojection (FBP) genoemd. Het filter compenseert voor de low-pass vervaging die optreedt als gevolg van de variaties in het aantal fotonen tussen het midden en de periferie van de patiënt[16]. Dit filter kan echter niet alle aanwezige ruis verwijderen omdat er een trade-off gemaakt moet worden. Om de hoeveelheid ruis verder te beperken bij een CT-scan met FBP moet de stralingsdosis verhoogd worden. Dit is echter niet wenselijk omwille van de gezondheid van de patiënt. Om kwalitatief betere CT-beelden te verkrijgen zonder de patiënt met veel straling te belasten, moet de oplossing bij een ander aspect van de CT-techniek worden gevonden. Door de progressie in rekenkracht van moderne computers ontstaan er mogelijkheden om wiskundig moeilijkere reconstructietechnieken toe te passen. Een methode die deze mogelijkheid biedt, maakt gebruik van iteratieve CT-reconstructie algoritmen.

De iteratieve reconstructiemethode was oorspronkelijk de voorgestelde methode voor de beeld- reconstructies van de CT-technologie in de jaren zeventig [17]. De wiskundige complexiteit en de grote hoeveelheid data maakte de reconstructietijd te lang voor klinische doeleinden van CT- beeldvorming [18]. De iteratieve reconstructiemethode werd al wel snel de standaardmethode voor beeldvormingstechnieken in de nucleaire geneeskunde, zoals bij Single Photon Emission CT (SPECT) en Positron Emission Tomography (PET). Doordat deze technieken een lagere ruimtelijke en temporele resolutie hebben, zijn de gegevens minder complex waardoor de iteratieve reconstructiemethode eerder gebruikt kon worden [19]. De minder nauwkeurige, maar snellere methode FBP werd om deze reden de standaard reconstructiemethode voor CT.

Vanaf het begin van deze eeuw was de computercapaciteit toereikend genoeg om hybride systemen te gebruiken zoals iDose⁴ van Philips Healthcare. Bij een hybride systeem wordt er zowel gebruik gemaakt van FBP, als van een iteratieve reconstructiemethode [20]. Op dit moment is dit de gouden standaard in verscheidene ziekenhuizen. Gebruik van deze techniek levert een aanzienlijke verbetering op in vergelijking met FBP [21]. Door gebruik te maken van een hybride systeem kan de hoeveelheid ruis in het beeld worden gereduceerd en de stralingsdosis worden verlaagd [22]. Bij hybride systemen wordt er over de verkregen data eerst een iteratieve reconstructie uitgevoerd om de hoeveelheid ruis te beperken. Bij deze reconstructiemethode wordt de ruwe data gecorrigeerd door middel van een maximum likelihood ruisreducerend algoritme dat gebaseerd is op de Poisson-

(9)

beeld met FBP. Het resultaat hiervan is een beeld dat minder ruis en artefacten bevat. Dit beeld wordt vergeleken met een anatomisch model en een dynamisch model. Hierdoor kan de afbeelding wederom vrijer van ruis gemaakt worden en blijven de anatomische randen behouden. Zowel het ruisreducerende algoritme als het anatomische en dynamische model zijn verder niet in detail bekend. Een aanzienlijk voordeel van het gebruiken van de iteratieve reconstructiemethode bij hybride systemen is dat de benodigde stralingsdosis verminderd kan worden. Vergeleken met de voormalig gebruikelijke FBP kan iDose⁴ dezelfde kwaliteit beelden leveren met 80% verminderde stralingsdosis, terwijl met dezelfde stralingsdosis als FBP de spatiële resolutie met 68% verbetert [23]. Ondanks deze grote vooruitgang kunnen deze aspecten nog verder verbeterd worden. Om deze reden wordt er op dit moment opnieuw gekeken naar aanpassingen van de CT-techniek.[16]

Tegenwoordig is de computercapaciteit zodanig verbeterd dat er kan worden overgegaan op uit- sluitend iteratieve reconstructiemethoden. Door hiervan gebruik te maken, kan de stralingsdosis nog verder verlaagd worden. Dit principe wordt toegepast in de iteratieve model-based reconstructie (IMR) van Philips Healthcare [3]. De databewerking van deze methode verloopt vrijwel hetzelfde als de dataverwerking in het iteratieve deel van een hybride systeem. In dit geval zijn er drie stappen die herhaaldelijk worden toegepast. Deze drie stappen zijn zichtbaar gemaakt in het schema van Figuur 5. Als eerste vindt er een voorwaartse projectie plaats van de kunstmatige ruwe data waarbij een primair beeld wordt gecreëerd. Dit gesimuleerde beeld wordt vervolgens gecorreleerd aan de gedetecteerde ruwe data waardoor er een correctieterm ontstaat. Als laatste wordt deze correctieterm toegepast door deze door middel van een substractie terug te projecteren op de eerst verkregen data. Hierdoor kan een bewerkte afbeelding worden gegenereerd. Het beeld dat hierdoor is ontstaan, ondergaat vervolgens dezelfde stappen. Dit proces wordt herhaald tot er geen verschillen meer zijn tussen het beeld van de gesimuleerde data en het beeld met de correctie- termen. Het aantal loops dat doorlopen wordt kan van tevoren worden vastgesteld, maar kan ook tijdens het proces beëindigd worden wanneer de correctieterm verwaarloosbaar is. Dit resulteert in een nagenoeg ruisloos beeld, waarbij minder stralingsdosis nodig is dan gebruikelijk voor een CT-scan. [18]

Figuur 5: Schematische weergave van de stappen bij een IMR-reconstructie [24]

(10)

Tevens heeft IMR de keuzemogelijkheid van drie verschillende instellingen. Deze instellingen zijn elk voor een ander doeleinde ontwikkeld. Hierdoor kunnen er praktisch gezien nauwkeurige beelden van ziektebeelden worden gemaakt door de daarbij passende instelling te gebruiken. Soft Tissue wordt aangeraden voor het detecteren van details in gebieden met laag contrast in het lichaam zoals de lever en milt. Routine wordt geadviseerd wanneer het gaat om een standaardprocedure zoals een scan waarbij contrastvloeistof wordt toegediend. Wanneer het gaat om de visualisatie van fijne details zoals in de longen of botten wordt de IMR-instelling SharpPlus aanbevolen. Hiernaast is er per instelling de optie voor drie niveaus van ruisvermindering die toegepast kunnen worden.

Wetenschappelijk kader

Bovenstaande maakt dat IMR een veelbelovende reconstructietechniek is. Om deze reden zijn er verscheidene onderzoeken gedaan om na te gaan of deze methode een verbetering is ten opzichte van iDose⁴. Twee van deze onderzoeken zijn subjectief omdat ze gebaseerd zijn op meningen van radiologen. In het eerste onderzoek hebben twee radiologen patiëntbeelden beoordeeld. Hieruit werd geconcludeerd dat IMR-beelden een verbetering waren ten opzichte van de iDose⁴-beelden wanneer er gekeken werd naar ruis, streak artefact, contrast en globale beeldkwaliteit. Uit het tweede subjectieve onderzoek is te concluderen dat het contrast groter was en kleine objecten beter te onderscheiden waren, dit is onderzocht door drie radiologen. Het verschil met iDose⁴ was echter niet groot. Daarnaast hebben ook objectieve onderzoeken plaatsgevonden. Hierin is aangetoond dat het verschil in contrast, bepaald als verschil tussen verzwakking van het lumen ten opzichte van de aangrenzende structuur, niet significant verschilt tussen FBP, de iDose⁴ en de IMR. Ook is er in dit onderzoek gekeken naar de aanwezigheid van ruis. Hieruit kwam naar voren dat IMR-beelden significant (p < 0.01) minder ruis bevatten. Dit was 60-75% ten opzichte van FBP. Verder is aangetoond dat de IMR-techniek beelden geeft met een hogere spatiële resolutie dan de iDose⁴ en FBP [25]. Als laatste is de verhouding tussen contrast en ruis bepaald. Hierbij had de IMR de grootste verhouding. Bij de laatste twee vergelijkingen was de iDose⁴ significant (p <

0.01) beter dan FBP. Een kanttekening bij deze onderzoeken is dat al deze onderzoeken uitgevoerd zijn door medewerkers van Philips Healthcare. [24]

Klinische vraagstelling

Volgens de bovenstaande onderzoeken beschikt IMR alleen maar over positieve punten. De klinische implementatie van IMR is echter niet eenvoudig, het vertrouwen van de radiologen in deze methode is namelijk nog niet gewonnen. Uit gesprekken met radiologen blijkt dat de angst bestaat dat door deze reconstructiemethode naast ruis ook bruikbare, gedetailleerde informatie uit de CT- beelden verdwijnt. Dit is een mogelijkheid gezien het feit dat ruis uit het beeld gefilterd wordt en kleine afwijkingen als ruis gezien kunnen worden. Essentiële abnormaliteiten zouden hierdoor snel- ler gemist worden, waardoor het moeilijker wordt om een diagnose te stellen. Om deze reden moet onderzocht worden of de zichtbaarheid van objecten bij IMR verschilt ten opzichte van iDose⁴. In dit onderzoek wordt dit bepaald met behulp van een fantoom. Doordat de samenstelling hiervan bekend is kan er nagegaan worden wat er gemist is bij het beoordelen van de beelden. Dit is van belang omdat de mate van zichtbaarheid in een fantoom mede iets kan zeggen over de zichtbaarheid van longafwijkingen. Hiernaast kan door het filteren bij IMR de grootte van een nodulus mogelijk anders weergegeven worden in vergelijking met andere reconstructiemethoden. Tumoren kunnen hierdoor verkeerd geclassificeerd worden. Het is om deze reden van belang dat er gekeken wordt of IMR invloed heeft op de bepaling van de grootte van een object in een afbeelding in vergelijking met iDose⁴. Dit wordt gedaan door zowel te kijken naar fantoombeelden als naar patiëntenbeelden.

Hiermee kan onderzocht worden of er afwijkingen zijn tussen de gemeten grootten bij de verschillende IMR-instellingen en de werkelijke grootten. Verder verschilt het uiterlijk van een IMR-beeld sterk met het het uiterlijk van een beeld dat gereconstrueerd is met iDose⁴ op het gebied van ruis.

IMR-beelden zien er volgens radiologen opgepoetst uit. De persoonlijke voorkeur voor ruis kan van invloed zijn op het vertrouwen in de reconstructiemethode. Het lijkt erop dat radiologen daad-

(11)

Healthcare heeft haar eigen aanbevelingen voor bepaalde instellingen gegeven. Er zijn echter geen klinische testen gepubliceerd die deze aanbevolen instellingen bevestigen. Tevens geeft Philips He- althcare geen inhoudelijke informatie vrij over deze instellingen. Om het gebruik van IMR in het ziekenhuis te verbeteren wordt onderzocht welke instelling het meest geschikt is bij het beoordelen van emfyseem en noduli op basis van de voorkeur van radiologen.

De risico’s die de bovenstaande problemen van de IMR met zich meebrengen, zijn in voorgaande publicaties niet genoemd of niet onderzocht. Deze aspecten zijn echter cruciaal voor de implementatie van de techniek in de klinische praktijk. De verwachting is dat ondanks deze risico’s de IMR-reconstructie een verbetering zal zijn gezien de resultaten van voorgaande onderzoeken. In dit onderzoek worden deze aspecten bestudeerd om verheldering te krijgen over de toepasbaarheid van IMR. Dit wordt uitgevoerd aan de hand van de volgende vraag: “Is IMR een verbeterde CT-reconstructiemethode voor de beoordeling van de longafwijkingen in vergelijking met iDose⁴ gekeken naar noduli en emfyseem, wanneer dit getoetst wordt met de zichtbaarheid van objecten met een minimale afwijkende dichtheid in een fantoom, de correcte weegave van objectgrootten en de persoonlijke voorkeur van radiologen en wat is bij deze longafwijkingen de optimale IMR- instelling?”

(12)

Algemene methode

Er zijn een aantal variabelen die stabiel blijven in het hele onderzoek. De beelden worden op dezelfde laptop weergegeven, namelijk de Dell - Precision M2800. Verder worden de scans bekeken in het programma RadiAnt DICOM Viewer. Hierbij mag er worden ingezoomd op de beelden en mogen de window width en window level worden aangepast. Alle scans zijn gemaakt met dezelfde CT scan namelijk de Philips Healthcare iCT Family - NOCTN194 scanner van het Rijnstate ziekenhuis. De geanonimiseerde patiëntenscans zijn verkregen uit het Rijnstate ziekenhuis. Wanneer verwezen wordt naar de negen IMR-instellingen worden de instellingen SharpPlus, Soft Tissue en Routine bedoeld met elk drie antiruis-levels. De hybride reconstructiemethode die gebruikt wordt is de iDose⁴. Verder worden alle resultaten verwerkt in Microsoft Excel 2016 en SPSS-25.

In het hele onderzoek wordt over ieder resultaat dezelfde statistische analyse uitgevoerd. Dit is de variantieanalyse in SPSS. Deze toetsingsprocedure wordt gebruikt om te onderzoeken of meer dan twee groepen van elkaar verschillen. Om deze analyses in SPSS uit te kunnen voeren worden de tabellen uit Microsoft Excel omgezet naar SPSS. In SPSS wordt dan naar ’analyze’

gegaan, vervolgens naar ‘general linear model’ en dan wordt gekozen voor ‘univariate’. Hier zijn de uitkomsten ‘dependent variables’ de relevante onafhankelijke variabelen zijn de ‘fixed factors’. Om het model te versimpelen voor SPSS worden de interacties tussen de onafhankelijke variabelen in het model vastgesteld. Verder worden bij Post-Hoc alle relevante onafhankelijke variabelen als te onderzoeken variabelen aangegeven. Hierna kan de test uitgevoerd worden. Het resultaat van deze analyse is een ANOVA-tabel waarin de variatie binnen de groepen en de varianie tussen de groepen weergegeven wordt. Hieruit valt te concluderen welk deel van de variatie in de uitkomsten aan welke onafhankelijke variabele te wijten valt. Ook wordt een Post-Hoc test met Tukey uitgevoerd. Er is voor de optie Tukey gekozen omdat deze variant het meest gebruikelijk is voor medisch onderzoek.

Het resultaat hiervan is een tabel waaruit te concluderen valt of groepen significant verschillen van elkaar. Deze test wordt uitgevoerd voor iedere relevante onafhankelijke variabele, bijvoorbeeld de instelling. Van iedere instelling is dan in de tabel met een betrouwbaarheidsinterval te zien of deze instelling significant verschilt van de andere instellingen. Als het getal nul binnen dit interval valt, bijvoorbeeld bij een interval van [-0,1283 ; 0,4582] is te concluderen dat er zowel een positief als een negatief verschil kan zijn. Hierdoor is niet statistisch aangetoond of er een significant verschil is. Als het interval het getal nul niet bevat is statistisch aangetoond dat het verschil significant is.

Het onderzoek is opgedeeld in twee verschillende delen. Het eerste deel van het onderzoek zal uitgevoerd worden door vier studenten technische geneeskunde. In het vervolg wordt naar hen verwezen als de onderzoekers. Dit deel bevat een fantoomstudie waarin onderzocht wordt of de gemeten grootte van een object en de zichtbaarheid van een object verschillen per instelling. Ook bevat dit een studie waarin het verschil in gemeten grootte wordt onderzocht door middel van het meten van de grootte van noduli uit patiëntenbeelden. Als laatste wordt een voorselectie gemaakt van welke instellingen er meegenomen worden naar het vervolgonderzoek. Dit wordt gedaan om de enquête voor de radiologen niet te lang te maken. Het tweede deel van het onderzoek zal uitgevoerd worden bij radiologen. Hierin zal de persoonlijke voorkeur voor ruis worden onderzocht en de optimale instelling worden geselecteerd voor het beoordelen van emfyseem en noduli. Hieronder zal eerst het volledige eerste deel van het onderzoek weergegeven worden, vervolgens zal het volledige tweede deel worden weergegeven.

(13)

Deel 1: Zichtbaarheid van objecten bij minimaal afwijkende dichtheden, afwijking in gemeten grootte en selectie van in- stellingen

Methode

Het eerste deel is gericht op de zichtbaarheid en afwijking in de gemeten grootte in een fantoomscan en in patiëntenbeelden. Verder worden hier optimale instellingen geselecteerd om mee te nemen in vervolgonderzoek. Hierbij worden de subjectieve factoren diagnostische zekerheid, zichtbaarheid van normale longbevindingen en beeldimpressie per IMR-instelling en bij iDose⁴ beoordeeld.

Als een instelling in zichtbaarheid of afwijking in gemeten grootte een sterke negatieve afwijking heeft ten opzichte van de rest maar in de subjectieve analyse wel hoog scoort wordt bepaald of deze alsnog meegenomen moet worden. De metingen worden gedaan door vier bachelorstudenten technische geneeskunde van de Universiteit Twente. In het vervolg wordt naar hen verwezen als de onderzoekers. De metingen worden altijd blind van elkaar uitgevoerd. Dit betekent dat geen van de onderzoekers de resultaten van een ander weet voor diegene het onderzoek uitvoert. Om de metingen zoveel mogelijk conform de werkelijkheid uit te voeren vinden deze in een verduisterde ruimte plaats.

Zichtbaarheid van objecten bij minimaal afwijkende dichtheden

Om de zichtbaarheid te bepalen wordt een Catphan^®500 Fantoom gescand. Deze scan is gemaakt met de gebruikelijke settings voor een CT-thorax. Van deze scan worden alle mogelijke IMR- instellingen en de iDose⁴-reconstructie gereconstrueerd. De dichtheid van dit fantoom komt overeen

Figuur 6: Doorsnede van de gebruikte sectie van een Catphan^®500 fantoom met de dichtheid van water. Dit fantoom bevat staafjes

met drie verschillende dichtheden die 1%, 0,5% en 0,3%

afwijken met de dichtheid van water. Per dichtheid zijn er negen cirkels met afnemende diameter. Dit is weergegeven in Figuur 6. Alleen de buitenste cirkels worden in dit onderzoek gebruikt, hier zijn namelijk meer cirkels aanwezig en neemt de diameter van de cirkels in kleinere stappen af. Hierdoor kan er exacter worden bepaald wanneer deze niet langer zichtbaar zijn.

Bij het bekijken van de beelden kan gebruik gemaakt worden van de functie Maximum Intensity Projection (MIP). Dit projecteert de slices op elkaar waardoor de cirkels beter zichtbaar zijn. Het aantal zichtbare cirkels wordt door iedere onderzoeker geteld. Over deze vier verschillende metingen wordt het gemiddelde aantal getelde cirkels per instelling berekend en wordt het gemiddelde aantal gemeten cirkels bij de IMR-instellingen genomen

om deze te bekijken ten opzichte van iDose⁴. Om te onderzoeken of er significant verschil is tussen iDose⁴en IMR wordt een variantieanalyse gedaan met als afhankelijke variabele het aantal getelde cirkels en als onafhankelijke variabelen de onderzoeker, de dichtheid en de instelling. De Post-Hoc test wordt alleen uitgevoerd met de verschillende instellingen omdat het in dit geval alleen relevant is of de verschillende reconstructies significant van elkaar verschillend zijn. Op deze manier wordt bepaald bij welke reconstructie de meeste cirkels zichtbaar zijn en dus bij welke reconstructie de zichtbaarheid het best is.

Afwijking in gemeten grootte bij een fantoomscan

In dezelfde fantoomscan worden de twee grootste cirkels van de drie dichtheden gemeten. Mochten de cirkels van een van deze dichtheden niet zichtbaar blijken bij het tellen van de cirkels, wordt de meting niet uitgevoerd bij deze dichtheid. Deze metingen worden gedaan bij alle IMR-instellingen en bij de iDose⁴-reconstructie. Alle onderzoekers voeren deze meting uit. Voor deze meting wordt de functie ‘measurements’ gebruikt in het programma RadiAnt DICOM Viewer. Door deze meting te vergelijken met de bekende grootte van de cirkel wordt de afwijking berekend. Ook bij deze

(14)

meting kan gebruik gemaakt worden van de functie MIP. In Microsoft Excel worden de gemiddelde absolute afwijkingen van de metingen berekend per instelling. Ook is het gemiddelde van de gemeten cirkels bij de IMR-instellingen genomen om deze te bekijken ten opzichte van iDose⁴. Door middel van een variantieanalyse en een Post-Hoc test wordt onderzocht of IMR en iDose⁴ significant van elkaar verschillen. Deze analyse wordt tevens uitgevoerd om significante verschillen tussen de IMR-instellingen te bepalen. De onafhankelijke variabelen hierbij zijn de onderzoekers, de dichtheid en de instellingen. De afhankelijke variabele is de uitkomst, namelijk de gemeten afwijking. De Post-Hoc test wordt alleen uitgevoerd met de verschillende reconstructies omdat het in dit geval alleen relevant is of de verschillende reconstructies van elkaar verschillen.

Afwijking in gemeten grootte van noduli in patiëntbeelden

Het verschil in gemeten grootte van een nodulus tussen de iDose⁴-beelden en de IMR-beelden wordt bepaald door middel van de acht verkregen geanonimiseerde patiëntenscans. Deze noduli worden in alle mogelijke reconstructies gemeten. Gezien het feit dat de gemeten grootte van een nodulus per slice verschilt, wordt door iedere student in hetzelfde slicenummer gemeten. De gemeten waarden worden vergeleken met de waarde die gemeten is met de gouden standaard iDose⁴. De gemeten waarden worden tevens vergeleken met de gemiddelde waarden van alle metingen van de desbetreffende nodulus. Over beide afwijkingen wordt een variantieanalyse gedaan om te bepalen of de afwijkingen significant verschillen per instelling. De onafhankelijke variabelen zijn hierbij de waarnemers, de verschillende patiëntenscans, de dichtheid, de grootte en de instellingen. De afhankelijke variabele is de uitkomst en dus de afwijking. De Post-Hoc test wordt alleen uitgevoerd met de verschillende reconstructies omdat het in dit geval alleen relevant is of de verschillende reconstructies van elkaar verschillen.

Vragenlijst voor subjectieve beeldbevindingen

Drie scans met noduli en twee scans met emfyseem worden beoordeeld op de beeldimpressie, diagnostische zekerheid en de zichtbaarheid van normale longbevindingen. Deze vragen worden beantwoordt op een schaal van 1-5, beschreven in Tabel 1.

Diagnostische zekerheid Zichtbaarheid van normale longbevindingen (intralobulair intersti- tium en small bronchiolus and vessels)

Beeldimpressie

1 Totaal niet zeker. Niet toepasbaar voor diagnostische doeleinden

Slechte zichtbaarheid of ge- brek aan anatomische details

Kunstmatig

2 Beperkt zeker, suboptimaal voor diagnostische doeleinden

Verminderde zichtbaarheid van anatomische details

Redelijk kunstmatig

3 Redelijk zeker, voldoende voor diagnostische doeleinden

Voldoende zichtbaarheid voor anatomische details

Niet kunstmatig maar ook niet heel natuurlijk

4 Zeker Goede zichtbaarheid voor

anatomische details, onbe- perkte beeldevaluatie

Redelijk natuurlijk

5 Volledig overtuigd Excellente zichtbaarheid voor anatomische details, duidelijke afbakening van kleine structuren

Natuurlijk

Tabel 1: Beschrijving schaalverdeling vragenlijst subjectieve beeldbeleving

(15)

Per instelling worden gemiddelden bepaald om de hoogst scorende instellingen mee te nemen naar het tweede deel. Een variantieanalyse samen met een post-hoc test zullen aantonen of de instellingen significant van elkaar verschillen. De resultaten van emfyseem en noduli worden hierbij gesplitst. Bij deze analyse zijn de onafhankelijke variabelen de waarnemers, de patiëntenscan, de instelling en de vraag. De afhankelijke variabele is de uitkomst en dus de verkregen score. De Post-Hoc test zal gedaan worden over de verschillende instellingen. Ook zullen de drie hoogst scorende instellingen tegen de laagst scorende instellingen gezet worden. Dit wordt gedaan door middel van een T-toets, dit is de ‘independent-samples T-test’ uit SPSS. Hiermee wordt bepaald of de meegenomen instellingen daadwerkelijk significant beter zijn dan de afgevallen instellingen.

Resultaten

Hieronder zijn de resultaten van het onderzoek naar de zichtbaarheid van objecten bij minimaal afwijkende dichtheden, afwijking in gemeten grootte en selectie van instellingen weergegeven.

In Figuur 7 uit zijn de gemiddelde gemeten waarden van de vier verschillende onderzoekers per instelling in een staafdiagram te zien. Hierbij is het aantal gemeten rondjes uitgezet per instelling.

Deze zijn onderverdeeld per dichtheid met daarnaast een gemiddelde van alle dichtheden samen.

Het gemiddelde aantal zichtbare cirkels ligt bij IMR (2,625) meer dan een hele cirkel hoger dan bij iDose⁴(1,16). Verder geven de instellingen IMR L3 SharpPlus (3,92), IMR L1 Soft Tissue (3,83) en IMR L2 Soft Tissue (3,5) de meeste zichtbare cirkels weer. Bij de instelling IMR L1 SharpPlus zijn bij dichtheid 2 en dichtheid 3 geen zichtbare cirkels op de scan te zien. Bij IMR L3 Soft Tissue en iDose⁴ zijn bij dichtheid 3 geen zichtbare cirkels meer op de scan te zien.

Figuur 7: Zichtbaarheid van objecten in het fantoom

Een variantieanalyse laat met Tabel 1 in Bijlage A zien dat een groot deel van de variatie te wijten is aan de instelling. De Post-Hoc test met Tukey laat zien in Tabel 2 in Bijlage A in de bijlage dat behalve bij IMR L1 SharpPlus en IMR L2 SharpPlus bij alle IMR-instellingen significant meer cirkels zichtbaar zijn dan bij iDose⁴. Verder laat deze tabel zien dat bij de instelling IMR L1 SharpPlus significant minder cirkels geteld zijn dan bij iedere andere IMR-instelling. De hoogst scorende instelling, IMR L3 SharpPlus, is significant beter dan IMR L1 SharpPlus, IMR L2 SharpPlus en IMR L1 Routine. Een T-toets laat zien in Tabel 3 in Bijlage A dat alle IMR- instellingen samen genomen significant verschillen van iDose⁴.

(16)

Bij het tellen van de cirkels in het fantoom bleek dat bij dichtheid 3 de cirkels niet voldoende zichtbaar zijn om te meten. Om deze reden zijn alleen de cirkels van dichtheid 1 en dichtheid 2 gemeten. De afwijkingen, beschreven met absolute waarden, zijn weergegeven in Figuur 8. Per instelling zijn de afwijkingen met twee verschillende kleuren staven weergegeven. De blauwe staaf geeft de gemeten afwijking van de grote cirkel weer en de grijze geeft de afwijking in de op een na grootste cirkel weer. Per instelling is er onderscheid gemaakt in dichtheid 1 en in dichtheid 2. Ook is het gemiddelde tussen deze dichtheden weergegeven.

Figuur 8: Absolute afwijking ten opzichte van de ware grootte van gemeten objecten in het fantoom

Grote uitschieters in deze grafiek zijn iDose⁴, IMR L1 SharpPlus en IMR L2 SharpPlus. Bij deze instellingen konden niet alle waarden bepaald worden waardoor het getal nul is ingevuld als gemeten grootte. De berekende afwijking wordt dan de ware grootte. Instelling IMR L2 Routine heeft gemiddeld de kleinste afwijking. Bij zowel dichtheid 1 als dichtheid 2 heeft iDose⁴de grootste afwijking ten opzicht van de IMR-instellingen, met uitzondering van IMR L1 SharpPlus.

De variantie analyse is te zien in Tabel 4 in Bijlage A. Bij deze analyse zijn alleen de resultaten van dichtheid 1 meegenomen. Uit de variantieanalyse blijkt dat een groot deel van de variatie in de resultaten te wijten is aan de instelling. De Post-Hoc test met Tukey, te vinden in Tabel 5 in Bijlage A, geeft het resultaat dat geen enkele instelling significant beter of slechter is ten opzichte van een andere instelling.

Afwijking in gemeten grootte van noduli in patiëntbeelden

In Figuur 9 zijn de gemeten waarden vergeleken met iDose⁴. In deze grafiek zijn de procentuele absolute verschillen genomen. IMR L3 Soft Tissue heeft de grootste afwijking van 6,2%. IMR L1 Routine heeft de kleinste afwijking van 4,39%.

In Tabel 6 in Bijlage A is een variantieanalyse zichtbaar over de afwijking ten opzichte van iDose⁴. Hieruit blijkt dat de afwijking grotendeels afhankelijk is van de gemeten scan. Welke onderzoeker de meting heeft gedaan draagt voor een kleiner deel bij aan de gemeten afwijking. Bij welke reconstructie de meting is uitgevoerd draagt nauwelijks bij aan de afwijking. Een Post-Hoc test met Tukey geeft het resultaat dat de instellingen niet significant van elkaar verschillen. Deze is te zien in Tabel 7 in Bijlage A.

(17)

Figuur 9: Procentuele gemiddelde gemeten afwijking in diameter ten opzichte van iDose⁴ per IMR-instelling

In Figuur 10 is de procentuele afwijking per instelling ten opzichte van de gemiddelde gemeten waarde van een nodulus te zien. De instellingen IMR L2 Soft Tissue, IMR L3 Soft Tissue en IMR L1 SharpPlus geven een even grote of grotere afwijking dan iDose⁴. De rest van de instellingen hebben een kleinere afwijking dan iDose⁴.

Figuur 10: Procentuele gemiddelde gemeten verschil in diameter ten opzichte van de gemiddelde gemeten diameter per instelling

In Tabel 8 in Bijlage A is de variantie analyse weergegeven. Uit deze analyse van de afwijking ten opzichte van het gemeten gemiddelde, blijkt dat de afwijking grotendeels afhankelijk is van welke nodulus gemeten wordt. Dit wordt in Tabel 8 in Bijlage A aangegeven als ‘scan’. Welke onderzoeker de meting heeft gedaan draagt voor een kleiner deel bij aan de gemeten afwijking.

Echter zijn beide verschillen wel significant. Bij welke instelling de meting is uitgevoerd draagt nauwelijks bij aan de afwijking. Een Post-Hoc test met Tukey laat zien in Tabel 9 in Bijlage A dat geen van de reconstructies significant van elkaar verschillend zijn.

(18)

Vragenlijst voor subjectieve beeldbevindingen

In Figuur 1 in Bijlage B is weergegeven hoe de verschillende reconstructies door iedere onderzoeker werden beoordeeld, hierbij zijn de beelden van noduli en emfyseem samengenomen. Hierin is te zien dat onderzoeker 2 een lichte voorkeur laat zien voor iDose⁴. Onderzoeker 4 laat een lichte voorkeur zien voor de SharpPlus instellingen. Te zien is dat de ene onderzoeker over het algemeen strenger beoordeeld dan de andere. Verder zijn er weinig onderlinge verschillen tussen de onderzoekers te constateren.

Beelden met noduli

In Figuur 11 zijn de resultaten van de vragenlijst te zien gespecificeerd op de longbeelden met noduli. Hierbij is de gemiddelde score van iedere instelling te zien, waarbij de maximum haalbare score 5 is. IMR L1 SharpPlus heeft hierbij de hoogste score (3,42). Daarna volgen IMR L1 Routine (3,25), iDose⁴(3,19), IMR L2 Routine (3,17) en IMR L1 Soft Tissue (3,17). Als de vragen apart bekeken worden, scoort IMR L1 SharpPlus (3,92) het hoogste op diagnostische zekerheid en zichtbaarheid. Verder wordt iDose⁴ (3,5) het meest natuurlijk bevonden bij de beeldimpressie.

Figuur 11: Gemiddeld aantal punten per vraag per instelling voor patiëntenbeelden met noduli Een variantieanalyse laat in Tabel 10 in Bijlage A zien dat de resultaten een grotere afhankelijkheid hebben van de vraag en de waarnemer dan van de instelling. Verder laat de Post-Hoc test met Tukey in Tabel 11 in Bijlage A in de bijlage zien dat geen van de IMR-instellingen significant beter of slechter is dan iDose⁴. Wel is IMR L1 SharpPlus significant beter dan IMR L2 Soft Tissue en IMR L3 SharpPlus. Verder zijn er geen significante verschillen tussen de instellingen aangetoond.

De vier hoogst scorende instellingen zijn tegenover de vijf laagst scorende instellingen tegenover iDose⁴gezet. De Post-Hoc test met Tukey Tabel 12 in ijlage A laat zien dat de gekozen instellingen significant beter zijn dan de niet gekozen instellingen. Beide groepen waren niet significant beter of slechter dan iDose⁴.

Beelden met emfyseem

In Figuur 12 zijn de resultaten te zien gespecificeerd op beelden met emfyseem. Hierbij is de score van iedere instelling per vraag te zien, waarbij de maximum score 5 is. Hierbij scoren de instellingen IMR L1 Routine, IMR L2 Routine en IMR L1 SharpPlus gemiddeld het hoogst.

Daarna heeft iDose⁴ de hoogste score. IMR L1 Routine en IMR L2 Routine het hoogst scoren op diagnostische zekerheid, terwijl IMR L1 SharpPlus het hoogst scoort op zichtbaarheid van normale anatomische longbevindingen. Op het gebied van de beeldbeleving scoort iDose⁴ het best.

(19)

Figuur 12: Gemiddeld aantal punten per vraag per instelling voor patiëntenbeelden met emfyseem

Een variantieanalyse laat zien in Tabel 13 in Bijlage A dat het aantal punten maar voor een klein deel afhankelijk is van de verschillende instellingen. Verder laat de Post-Hoc test met Tukey in Tabel 14 in Bijlage A zien dat geen van de IMR-instellingen significant beter of slechter is dan iDose⁴. Ook zijn de instellingen niet significant beter of slechter dan andere instellingen.Verder zijn de drie hoogst scorende instellingen tegenover de zes laagst scorende instellingen gezet tegenover iDose⁴. De Post-Hoc test met Tukey Tabel 15 in bijlage A laat zien dat de gekozen instellingen significant beter zijn dan de niet gekozen instellingen. De gekozen en niet gekozen instellingen waren beide niet significant beter of slechter dan iDose⁴.

Discussie

Bij alle bovenstaande onderzoeken kan er een leercurve zijn opgetreden bij de onderzoekers tijdens de verschillende metingen. Dit komt doordat de onderzoekers in geen van de onderzoeken blind waren voor de instelling omdat dit niet mogelijk was. Ook komt dit doordat metingen vaak meerdere malen herhaald werden in dezelfde scan waarin alleen de reconstructie een variabele factor was. Verder werd de reconstructievolgorde niet afgewisseld, omdat een random volgorde veel foutgevoeliger is en er dan nog meer nadruk ligt op welke instelling er gebruikt werd. Ondanks dat er van tevoren afgesproken is hier niet op te letten, kan dit onbewust toch een factor zijn geweest.

Dit heeft bij drie aspecten van het onderzoek een rol kunnen spelen. Ten eerste werden bij het meten continu dezelfde cirkels gemeten. Een onderzoeker kon hierdoor weten wat de werkelijke waarden van de cirkels waren. Dit zou betekenen dat de scans die later beoordeeld zijn een kleinere afwijking kunnen laten zien. Er was echter geen andere optie om dit te voorkomen, aangezien het belangrijk is om dezelfde cirkels te meten zodat dit geen meewegende factor wordt in afwijkende resultaten.

Verder hebben de onderzoekers de afzonderlijke noduli met de negen verschillende IMR-instellingen en met iDose⁴ gemeten. Er is aangenomen dat de onderzoeker in elke reconstructie de noduli van dezelfde kant meet. Door dezelfde nodulus vaker achter elkaar te meten, is het bij de onderzoekers wellicht onbewust bekend hoe groot die nodulus ongeveer is. Hierdoor kan het zijn dat de metingen bij de later gemeten instellingen dichter bij het gemiddelde liggen. Dit was deels te voorkomen door een random volgorde te kiezen waarin de noduli gemeten werden. Daarentegen blijven de beelden nog steeds herkenbaar. Hierdoor blijft het zichtbaar welke scan er op dat moment gemeten wordt, waardoor er nog steeds een leercurve in de metingen kan zitten. Doordat de metingen niet direct achter elkaar zijn uitgevoerd zou de leercurve echter wel kleiner zijn. Voor deze methode is niet gekozen omdat de onderzoeker bij deze manier de diameter van dezelfde nodulus van verschillende kanten kan meten. De mogelijk bestaat dan dat de onderzoeker dan niet meer weet van welke kant de nodulus bij andere reconstructies is gemeten. Dit heeft grotere consequenties dan het feit dat er een leercurve optreed. Daarnaast zou deze methode veel meer tijd in beslag nemen, dit zou de rest van het onderzoek niet ten goede doen. Als laatste werden tijdens het beoordelen van de

(20)

beelden op diagnostische zekerheid, zichtbaarheid van normale longbevindingen en beeldimpressie alle reconstructies van een scan achter elkaar bekeken. Hierdoor kan er onbewust zijn vergeleken tussen de reconstructies. Verdere punten over de methoden en resultaten worden hieronder per onderzoek besproken.

De zichtbaarheid van objecten met een minimaal afwijkende dichtheid werd bepaald om te kijken of de angst van de radiologen reëel is dat IMR afwijkingen weg zou kunnen filteren. Dit is bepaald door middel van een fantoombeeld. De zichtbaarheid van objecten met een minimaal afwijkende dichtheid werd bepaald om te kijken of de angst van de radiologen reëel is dat IMR afwijkingen weg zou kunnen filteren. Dit is bepaald door middel van een fantoombeeld. Dit fantoombeeld zag er bij iedere instelling hetzelfde uit, waardoor de onderzoekers wisten waar de cirkels zich bevonden.

Hierdoor was niet altijd duidelijk of de cirkel daadwerkelijk zichtbaar was of niet. Dit kan de resultaten iets beïnvloed hebben. Er was echter geen andere mogelijkheid dan deze omdat er voor consistentie bij iedere instelling hetzelfde fantoom gebruikt moet worden.

Opvallend is dat er bij iDose⁴significant veel minder cirkels geteld zijn dan bij IMR. Dit is in tegen- stelling tot waar de radiologen bang voor waren, namelijk dat slecht zichtbare objecten weggefilterd zouden worden. Dit geeft echter nog niet de zekerheid om te concluderen dat IMR daadwerkelijk geen kleine afwijkingen wegfiltert. De diameters van de getelde cirkels waren relatief groot vergeleken met kleine afwijkingen in de long. In dit geval was waarschijnlijk het kleine dichtheidsverschil de beperkende factor voor het zien van de cirkel. Verder is er gebruik gemaakt van een Catphan fantoom. De reden hiervoor is dat een Catphan fantoom cilinders bevat met gegeven diameters met afwijkende dichtheden van de rest van het fantoom. Een nadeel voor dit onderzoek is dat het Catphan fantoom dichtheden heeft die in de buurt liggen van de dichtheid van water. De grootste delen van de longen hebben dichtheden die in de buurt liggen van lucht, wat een factor duizend van de dichtheid van water af ligt. Om deze reden is te concluderen dat bij een klein dichtheidsverschil in de buurt van de dichtheid van water IMR een betere zichtbaarheid heeft voor objecten. Om zeker te weten dat de resultaten van dit fantoomonderzoek implementeerbaar zijn in longbeelden zal onderzocht moeten worden of IMR ook bij een dichtheid in de buurt van lucht een betere zichtbaarheid heeft. Mocht er bij deze dichtheid een betere zichtbaarheid zijn, dan kan ook een conclusie worden getrokken over de zichtbaarheid van de objecten met een kleinere diameter.

Als de IMR-instellingen allemaal apart worden bekeken is te zien dat IMR L1 SharpPlus en IMR L2 SharpPlus net zo slecht scoren als iDose⁴. Het is dus van belang om niet alleen naar het gemiddelde van IMR te kijken maar ook naar de losse instellingen. In het geval van deze twee instellingen is de angst van de radiologen namelijk wel reëel, hier zouden grote dingen gemist kunnen worden. SharpPlus is ook de instelling die er het meest artificieel uit ziet. Hierin is de angst van de radiologen dus ook begrijpelijk, gezien dit in de resultaten terug te zien is.

De cirkels in het fantoombeeld zijn gemeten om te onderzoeken of IMR een afwijkend grootte weergeeft in vergelijking met iDose⁴en de ware grootte. Dit is om dezelfde reden gedaan als het onderzoek hierboven, namelijk om te onderzoeken of de angst van de radiologen reëel is dat door deze filtermethode aspecten in het beeld veranderen. In dit geval is dit dus de gemeten grootte.

Een aantal aspecten van dit onderzoek worden hieronder besproken. Bij het tellen van de cirkels waren de cirkels van dichtheid drie zo slecht zichtbaar dat meerdere onderzoekers vaak helemaal geen beeld zagen. Om deze reden is ervoor gekozen om de diameters van de cirkels van dichtheid 3 niet te meten. Bij dichtheid 2 konden iDose⁴, IMR L1 SharpPlus en IMR L2 SharpPlus incidenteel niet gemeten worden. Voor het weergeven van de resultaten is een methode gekozen waarbij bij voor de niet te meten cirkels de grootst mogelijke afwijkingen ingevuld zijn. Deze methode is de beste methode, ondanks dat het niet volledig correct is. Aan een niet gemeten afwijking is geen meetbare waarde te hangen, toch is dit gedaan om de data te kunnen verwerken. Een andere optie voor het verwerken van dit probleem zou zijn om deze metingen niet mee te nemen. Dit zou echter een te positief resultaat opleveren voor deze instellingen. Bij deze optie wordt er een