Algoritmo computacional para a avaliação do carcinoma hepatocelular em imagens de tomografia computadorizada após a quimioembolização transarterial

Abstract

O carcinoma hepatocelular (CHC) é um tumor primário do fígado e envolve diferentes modalidades de tratamento de acordo com seu estadiamento. Depois de terapias locais, como a quiomioembolização transarterial (do inglês, Transarterial Chemoembolization), a avaliação do tumor se baseia nos critérios mRECIST (do inglês, Modified Response Evaluation Criteria In Solid Tumors), que envolvem a medição do diâmetro máximo da lesão viável. Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um algoritmo para a quantificação objetiva da eficiência da quimioembolização na redução de volume e diâmetro máximo do CHC. Foram utilizados 64 exames retrospectivos de Tomografia Computadorizada (TC) de 32 pacientes. Nesta pesquisa foram comparadas, em pacientes que receberam tratamento por quimioembolização, as medidas do diâmetro maior do CHC viável, estimadas por especialista da área de radiologia e pelo algoritmo desenvolvido neste estudo. O Volume Tumoral Total (VTT) dos CHC antes e após o processo de quimioembolização também foram estimados utilizando um algoritmo, desenvolvido com base em transformadas discretas de wavelet (DWT). Um fantoma virtual simulando as características do fígado normal e contrastado foi desenvolvido para o planejamento, desenvolvimento e validação do algoritmo de detecção. A comparação do diâmetro máximo do tumor, estimado por um especialista e pelo algoritmo revelou diferenças na ordem de 0,25 cm para os tumores de grandes dimensões (diâmetro > 5 centímetros), enquanto uma diferença menor que 0,1 cm foi encontrada para os tumores de pequenos diâmetros. Reduções de CHC na ordem de 51.5±70.0% e 62,8±75,6% após a quimioembolização foram encontradas no método do diâmetro e volume estimado, respectivamente, enquanto 57,8±64.1% e 70,6±36,4% foram encontrados pela segmentação do CHC para o maior diâmetro e volume, respectivamente. A maior diferença pode ser explicada pelo fato do algoritmo descontar áreas de necrose tumoral, visto que isso é difícil em alguns casos de CHC onde a necrose aparece difusa no tumor. A correlação de Pearson entre resposta e sobrevida analisada foi de 0,46 para volume segmentado e 0,17 para o diâmetro. Dessa forma, os resultados apresentados nesta pesquisa vêm colaborar com os métodos subjetivos de medição dos tumores apresentando maior confiabilidade na avaliação das áreas de realce do CHC. EssaO carcinoma hepatocelular (CHC) é um tumor primário do fígado e envolve diferentes modalidades de tratamento de acordo com seu estadiamento. Depois de terapias locais, como a quiomioembolização transarterial (do inglês, Transarterial Chemoembolization), a avaliação do tumor se baseia nos critérios mRECIST (do inglês, Modified Response Evaluation Criteria In Solid Tumors), que envolvem a medição do diâmetro máximo da lesão viável. Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de um algoritmo para a quantificação objetiva da eficiência da quimioembolização na redução de volume e diâmetro máximo do CHC. Foram utilizados 64 exames retrospectivos de Tomografia Computadorizada (TC) de 32 pacientes. Nesta pesquisa foram comparadas, em pacientes que receberam tratamento por quimioembolização, as medidas do diâmetro maior do CHC viável, estimadas por especialista da área de radiologia e pelo algoritmo desenvolvido neste estudo. O Volume Tumoral Total (VTT) dos CHC antes e após o processo de quimioembolização também foram estimados utilizando um algoritmo, desenvolvido com base em transformadas discretas de wavelet (DWT). Um fantoma virtual simulando as características do fígado normal e contrastado foi desenvolvido para o planejamento, desenvolvimento e validação do algoritmo de detecção. A comparação do diâmetro máximo do tumor, estimado por um especialista e pelo algoritmo revelou diferenças na ordem de 0,25 cm para os tumores de grandes dimensões (diâmetro > 5 centímetros), enquanto uma diferença menor que 0,1 cm foi encontrada para os tumores de pequenos diâmetros. Reduções de CHC na ordem de 51.5±70.0% e 62,8±75,6% após a quimioembolização foram encontradas no método do diâmetro e volume estimado, respectivamente, enquanto 57,8±64.1% e 70,6±36,4% foram encontrados pela segmentação do CHC para o maior diâmetro e volume, respectivamente. A maior diferença pode ser explicada pelo fato do algoritmo descontar áreas de necrose tumoral, visto que isso é difícil em alguns casos de CHC onde a necrose aparece difusa no tumor. A correlação de Pearson entre resposta e sobrevida analisada foi de 0,46 para volume segmentado e 0,17 para o diâmetro. Dessa forma, os resultados apresentados nesta pesquisa vêm colaborar com os métodos subjetivos de medição dos tumores apresentando maior confiabilidade na avaliação das áreas de realce do CHC. Essa pesquisa traz contribuições originais para a comunidade cientifica com os algoritimos para quantificação objetiva de tumores no figado, a serem utilizados com confiabilidade de modo a otimizar a relação risco-beneficio para o paciente e custo-beneficio para a instituição.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a primary liver tumor and involves different types of treatment according to tumor staging. After local therapies such as transarterial chemoembolization (TACE), the evaluation of the tumor is based on mRECIST criteria (Modified Response Evaluation Criteria In Solid Tumors), which involves the measurement of the maximum diameter of the viable lesion. This research aimed to develop an algorithm for objective quantification of the efficiency of chemoembolization in reducing volume and maximum diameter CHC. 64 retrospective examination of computed tomography (CT) of 32 patients were used. Measures of patients who were treated by chemoembolization were compared using the measures of larger diameter viable CHC, estimated by specialist radiology and the algorithm developed in this study. The Total Tumor Volume (TTV) of CHC before and after chemoembolization process were also estimated using an algorithm developed based on Discrete Wavelet Transform (DWT). A virtual phantom simulating the characteristics of normal liver and contrasted was developed for planning, development and validation of detection algorithm. The comparison of the maximum tumor diameter, estimated by an expert and the algorithm revealed differences in the order of 0.25 cm for large tumors (diameter> 5 cm), while less than 0.1 cm difference was found for tumors of small diameters. CHC reductions of 51.5% ± 70.0 and 62.8 ± 75.6% were found after chemoembolization method in diameter and estimated volume, respectively, and 57.8% ± 64.1 and 70.6 ± 36.4% They were found by targeting the CHC for the larger diameter and volume, respectively. The biggest difference can be explained by the fact that the algorithm does not count areas of tumor necrosis, whereas it is difficult for the radiologist in some cases where CHC necrosis appears diffuse in the tumor. The Pearson correlation between response and analyzed survival was 0.46 and 0.17 for segmented volume and diameter. Thus, the results presented in this research come collaborate with subjective measurement of tumors showing higher reliability methods in the evaluation of the areas of enhancement of HCC. This research brings unique contributions to the scientific community with the algorithms for objective quantification of tumors in the liver, to be used in order to optimize the risk-benefit ratio for the patient and cost-effective for the institution.