published_or_final_version / Electrical and Electronic Engineering / Master / Master of Philosophy

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published_or_final_version / Electrical and Electronic Engineering / Doctoral / Doctor of Philosophy

Introdução: A definição do volume-alvo macroscópico, principalmente referente a casos de câncer de pulmão, exige o maior número de informações possíveis no que diz respeito à localização, extensão e mobilidade tumoral. A literatura demonstra um importante avanço quando utilizada imagens metabólicas como é o caso da tomografia por emissão de pósitron/tomografia computadorizada (PET/CT), porém a sua aplicação nos planejamentos radioterápicos ainda é muito discutida devido ao seu grau de complexidade. Objetivos: Avaliar o impacto da PET/CT no delineamento tumoral em casos de câncer de pulmão não-pequenas células (CPNPC) e linfonodos regionais. Materiais e Métodos: Foram selecionados retrospectivamente estudos de PET/CT de 26 casos de câncer de pulmão. Todos foram confirmados por biópsia, sendo em sua totalidade CPNPC. Todos os estudos foram realizados em um equipamento de PET/CT dedicado com parâmetros de aquisição idênticos. A interpretação das imagens e posterior delineamento foram realizados por dois médicos experientes, um radioterapeuta e um nuclear/radiologista. Os parâmetros ótimos de visualização foram pré-definidos, sendo mandatórios para os delineamentos. Os delineamentos foram realizados em duas etapas principais. A primeira relacionada ao desenho tumoral somente pela CT e a segunda, após no mínimo duas semanas de descanso visual, referindo-se ao desenho tumoral pela PET/CT. Somente o volume tumoral macroscópico (GTV) e os linfonodos regionais aumentados ou PET positivos foram delineados. Índices de conformidades (IC) foram calculados, tanto interobservadores (11 casos), quanto intra-observador (26 casos). Para a comparação entre observadores e entre delineamentos em relação ao volume, foi considerado o teste não-paramétrico de Wilcoxon. As comparações em relação ao IC foram feitas usando-se o teste t de Student para amostras pareadas. Em todos os testes, valores de p <0,05 indicaram significância estatística. Os dados foram analisados com o programa computacional SPSS® Statistics 17.0 (EUA). Resultados: A análise dos dados demonstrou diferença significativa entre os volumes médios delineados na CT e na PET/CT (p = 0,02), com evidente redução volumétrica no delineamnto por PET/CT. Houve diferença significativa entre os volumes CT delineados pelos dois observadores (p = 0,03) e uma tendência a apresentar diferença significativa entre volumes PET/CT (p = 0,05). A avaliação volumétrica intraobservador foi significativa (p < 0,01) apenas para o médico nuclear/radiologista, com redução de até 51% do volume CT e uma relação entre modalidades de 2,11 ± 0,22. Na análise dos IC, não houveram diferenças significativas entre as duas modalidades de imagem (p = 0,598). A análise dos IC intra-observadores demonstrou que para o radioterapeuta a PET/CT apresenta um impacto de 46% (IC médio = 0,54 ± 0,06), já para o nuclear/radiologista, o impacto foi de 65% (IC médio = 0,35 ± 0,06), representando uma diferença significativa (p = 0,03) em relação ao IC entre o médicos observadores. Para a análise linfonodal a PET/CT apresentou importante diferença na visualização de linfonodos, alterando 10 dos 26 casos, sendo 9 para a positividade apenas na fusão. Conclusão: A PET/CT apresentou significativo impacto no desenho do GTV e linfonodos regionais para casos de CPNPC. / Introduction: The definition of gross target volume, especially concerning cases of lung cancer, requires the greatest amount of information possible with regard to location, tumor size and tumor mobility. The literature demonstrates an important advancement using metabolic images such as PET/CT, however, its application in radiotherapy planning is still controversial due to its complexity. Objectives: To assess the impact of PET/CT in tumor delineation in cases of non-small cell lung cancer and regional lymph nodes as additional findings. Materials and Methods: Retrospectively studies of PET/CT of 26 lung cancer cases were selected. All were confirmed by biopsy, in its entirety NSCLC. All studies were performed on a PET/CT with dedicated acquisition identical parameters. Image interpretation and subsequent delineation were performed by two experienced physicians, one radiotherapist and the another nuclear/radiologist. The optimal parameters display were pre-defined, being mandatory for the designs. Each case received an identification of three random letters to access the medical images to be analyzed. The delineation was made in two main steps. The first reference to the drawing only in tumor CT and the second, after two weeks of visual rest, referring to the drawing on tumor PET/CT. Only the gross tumor volume (GTV) and regional lymph nodes were enlarged or PET + outlined. Conformity index (CI) were calculated both interobserver (11 cases), and intra-observer (26 cases). For comparison between observers and between designs in relation to the volume, was considered the nonparametric Wilcoxon test. Comparisons regarding the conformity index were made using the Student t test for paired samples. To assess the degree of agreement regarding positive lymph nodes were estimated with kappa coefficients of agreement. In all tests, p values <0.05 were considered statistically significant. Data were analyzed with the software SPSS Statistics 17.0 (USA). Results: Data analysis showed significant difference between the average volumes delineated on CT and PET/CT (p = 0.02), with obvious volume reduction. Significant difference between the volumes delineated by CT observars medical distinct classes (p = 0.03) and a tendency to present significant difference between volumes PET / CT (p = 0.05). The intraobserver volumetric evaluation was significant (p <0.001) only for observer 2, being the nuclear medicine physician / radiologist, reducing up to 51% of the volume CT and a relationship between methods of 2.11 ± 0.22. In the analysis of CI, there were no significant differences between the two imaging modalities (p = 0.598).CI analysis showed that intra-observer to observer 1 PET / CT has an impact of 46% (average CI = 0.54 ± 0.06). The viewer 2, the impact was greater, 46% (average IC = 0.39 ± 0.03), representing a difference of opinion regarding the CI (p = 0.03) between the medical classes. To regional lymph nodes with PET/CT revealed an important difference in the visualization of lymph nodes, changing 10 of the 26 cases, 9 to positivity only in the image fusion.Conclusion: PET/CT has a significant impact on the design of the GTV and regional lymph nodes in cases of NSCLC.

Introdução: A definição do volume-alvo macroscópico, principalmente referente a casos de câncer de pulmão, exige o maior número de informações possíveis no que diz respeito à localização, extensão e mobilidade tumoral. A literatura demonstra um importante avanço quando utilizada imagens metabólicas como é o caso da tomografia por emissão de pósitron/tomografia computadorizada (PET/CT), porém a sua aplicação nos planejamentos radioterápicos ainda é muito discutida devido ao seu grau de complexidade. Objetivos: Avaliar o impacto da PET/CT no delineamento tumoral em casos de câncer de pulmão não-pequenas células (CPNPC) e linfonodos regionais. Materiais e Métodos: Foram selecionados retrospectivamente estudos de PET/CT de 26 casos de câncer de pulmão. Todos foram confirmados por biópsia, sendo em sua totalidade CPNPC. Todos os estudos foram realizados em um equipamento de PET/CT dedicado com parâmetros de aquisição idênticos. A interpretação das imagens e posterior delineamento foram realizados por dois médicos experientes, um radioterapeuta e um nuclear/radiologista. Os parâmetros ótimos de visualização foram pré-definidos, sendo mandatórios para os delineamentos. Os delineamentos foram realizados em duas etapas principais. A primeira relacionada ao desenho tumoral somente pela CT e a segunda, após no mínimo duas semanas de descanso visual, referindo-se ao desenho tumoral pela PET/CT. Somente o volume tumoral macroscópico (GTV) e os linfonodos regionais aumentados ou PET positivos foram delineados. Índices de conformidades (IC) foram calculados, tanto interobservadores (11 casos), quanto intra-observador (26 casos). Para a comparação entre observadores e entre delineamentos em relação ao volume, foi considerado o teste não-paramétrico de Wilcoxon. As comparações em relação ao IC foram feitas usando-se o teste t de Student para amostras pareadas. Em todos os testes, valores de p <0,05 indicaram significância estatística. Os dados foram analisados com o programa computacional SPSS® Statistics 17.0 (EUA). Resultados: A análise dos dados demonstrou diferença significativa entre os volumes médios delineados na CT e na PET/CT (p = 0,02), com evidente redução volumétrica no delineamnto por PET/CT. Houve diferença significativa entre os volumes CT delineados pelos dois observadores (p = 0,03) e uma tendência a apresentar diferença significativa entre volumes PET/CT (p = 0,05). A avaliação volumétrica intraobservador foi significativa (p < 0,01) apenas para o médico nuclear/radiologista, com redução de até 51% do volume CT e uma relação entre modalidades de 2,11 ± 0,22. Na análise dos IC, não houveram diferenças significativas entre as duas modalidades de imagem (p = 0,598). A análise dos IC intra-observadores demonstrou que para o radioterapeuta a PET/CT apresenta um impacto de 46% (IC médio = 0,54 ± 0,06), já para o nuclear/radiologista, o impacto foi de 65% (IC médio = 0,35 ± 0,06), representando uma diferença significativa (p = 0,03) em relação ao IC entre o médicos observadores. Para a análise linfonodal a PET/CT apresentou importante diferença na visualização de linfonodos, alterando 10 dos 26 casos, sendo 9 para a positividade apenas na fusão. Conclusão: A PET/CT apresentou significativo impacto no desenho do GTV e linfonodos regionais para casos de CPNPC. / Introduction: The definition of gross target volume, especially concerning cases of lung cancer, requires the greatest amount of information possible with regard to location, tumor size and tumor mobility. The literature demonstrates an important advancement using metabolic images such as PET/CT, however, its application in radiotherapy planning is still controversial due to its complexity. Objectives: To assess the impact of PET/CT in tumor delineation in cases of non-small cell lung cancer and regional lymph nodes as additional findings. Materials and Methods: Retrospectively studies of PET/CT of 26 lung cancer cases were selected. All were confirmed by biopsy, in its entirety NSCLC. All studies were performed on a PET/CT with dedicated acquisition identical parameters. Image interpretation and subsequent delineation were performed by two experienced physicians, one radiotherapist and the another nuclear/radiologist. The optimal parameters display were pre-defined, being mandatory for the designs. Each case received an identification of three random letters to access the medical images to be analyzed. The delineation was made in two main steps. The first reference to the drawing only in tumor CT and the second, after two weeks of visual rest, referring to the drawing on tumor PET/CT. Only the gross tumor volume (GTV) and regional lymph nodes were enlarged or PET + outlined. Conformity index (CI) were calculated both interobserver (11 cases), and intra-observer (26 cases). For comparison between observers and between designs in relation to the volume, was considered the nonparametric Wilcoxon test. Comparisons regarding the conformity index were made using the Student t test for paired samples. To assess the degree of agreement regarding positive lymph nodes were estimated with kappa coefficients of agreement. In all tests, p values <0.05 were considered statistically significant. Data were analyzed with the software SPSS Statistics 17.0 (USA). Results: Data analysis showed significant difference between the average volumes delineated on CT and PET/CT (p = 0.02), with obvious volume reduction. Significant difference between the volumes delineated by CT observars medical distinct classes (p = 0.03) and a tendency to present significant difference between volumes PET / CT (p = 0.05). The intraobserver volumetric evaluation was significant (p <0.001) only for observer 2, being the nuclear medicine physician / radiologist, reducing up to 51% of the volume CT and a relationship between methods of 2.11 ± 0.22. In the analysis of CI, there were no significant differences between the two imaging modalities (p = 0.598).CI analysis showed that intra-observer to observer 1 PET / CT has an impact of 46% (average CI = 0.54 ± 0.06). The viewer 2, the impact was greater, 46% (average IC = 0.39 ± 0.03), representing a difference of opinion regarding the CI (p = 0.03) between the medical classes. To regional lymph nodes with PET/CT revealed an important difference in the visualization of lymph nodes, changing 10 of the 26 cases, 9 to positivity only in the image fusion.Conclusion: PET/CT has a significant impact on the design of the GTV and regional lymph nodes in cases of NSCLC.

<p>Karcinom pluća predstavlja vodeći uzrok smrtnosti među svim malignim obolenjima, a uprkos dostignućima u dijagnostici i terapiji u poslednjih 30 godina nije do&scaron;lo do bitnog pobolj&scaron;anja izuzetno niske ukupne stope petogodi&scaron;njeg preživljavanja kod ovih pacijenata. U momentu otkrivanja bolesti preko trećine svih novootkrivenih slučajeva nalazi se u IV stadijumu bolesti. Precizno i adekvatno praćenje odgovora tumora na terapijski tretman kod obolelih od karcinoma pluća u IV stadijumu kao i &scaron;to ranije utvrđivanje progresije bolesti, odnosno neefikasnosti terapijskog tretmana kod ove grupe bolesnika od velikog je značaja, jer za ove pacijente hemioterapija predstavlja jedinu terapijsku opciju. Postojeće konvencionalne metode jednodimenzionalnih merenja i procena tumorskog odgovora na terapijski tretman prema RECIST kriterijumima ne koriste sve prednosti CT dijagnostike i oslanjaju se na subjektivnost manuelnih merenja. Primena naprednih radiolo&scaron;kih tehnika, poput volumetrije, mogu doprineti razvoju imidžing praćenja terapijskog odgovora tumora kod pacijenata sa karcinomom pluća. Cilj istraživanja je evaluacija primene jednodimenzionalnog i volumetrijskog merenja u proceni terapijskog odgovora karcinoma pluća vi&scaron;eslojnom kompjuterizovanom tomografijom. Metodologija: Istraživanjem po tipu prospektivne studije obuhvaćeno je 100 pacijenata obolelih od karcinoma pluća u IV stadijumu bolesti u vreme otkrivanja, koji su ispitivani u periodu od 2013. do 2016. godine u Institutu za plućne bolesti Vojvodine u Sremskoj Kamenici i koji su ispunili kriterijume za ulazak u studiju. Kod svih pacijenata obuhvaćenih istraživanjem, dva radiologa nezavisno su evaluirali sve CT preglede grudnog ko&scaron;a, izvr&scaron;ili jednodimenzionalna manuelna i volumetrijska merenja odabranih target lezija &scaron;to je omogućilo utvrđivanje unutarčitačke i međučitačke varijabilnosti i slaganja rezultata merenja target lezija primenom ispitivanih metoda. Na osnovu rezutata izvr&scaron;enih merenja urađena je kategorizacija terapijskog odgovora tumora primenom konvencionalnih RECIST kriterijuma kao i primenom modifikovanog sistema kategorizacije za volumetrijsku evaluaciju terapijskog odgovora sa modifikovanim optimalnim graničnim vrednostima za klasifikovanje progresije bolesti i pozitivnog odgovora na terapiju, izračunatim na osnovu ispitivanog uzorka (model 3Dindividual). Urađeno je poređenje manuelne i volumetrijske procene terapijskog odgovora primenom razičitih ispitivanih sistema klasifikacije uz utvrđivanje stepena različite klasifikacije i analizu preživljavanja pacijenata do pojave progresije bolesti. Uticaj morfolo&scaron;kih karakteristika &ldquo;target&rdquo; lezija na rezultate volumetrijskog merenja određen je analizom odstupanja izmerenog volumena tumora u odnosu na aritmetičku sredinu između grupa lezija ispitivanih morfoo&scaron;kih karakteristika. Rezultati: Primena volumetrijskog merenja, na ispitivanom uzorku, dovodi do niže stope varijabilnosti rezultata merenja dimenzija target lezija u odnosu na konvencionalnu manuelnu metodu merenja i u slučaju međučitačke varijabilnosti (0,9% vs 6,5%) i u pogledu unutarčitačke varijabilnosti (4,9% vs 0,9%). Volumetrijskom evaluacijom terapijskog odgovora tumora uz primenu modifikovanih graničnih vrednosti kategorizacije (model 3D-individual) postiže se značajno različita klasifikacija terapijskog odgovora u odnosu na primenu konvencionalnih RECIST kriterijuma. U slučaju volumetrijske evaluacije terapijskog odgovora, klasifikovanje pacijenata primenom novog sistema kategorizacije &rdquo;3D-individual&rdquo; dovodi do različite klasifikacije u 22,2 % slučajeva u poređenju sa RECIST ekvivalent kriterijumima za volumetriju, uz održavanje jednako dobre predikcije PFS ova dva sistema. Rezultati istraživanja pokazali su da izgled ivica lezija i odnos lezije prema okolnim anatomskim strukturama imaju srednji uticaj na varijabilnost rezultata volumetrijskih merenja. Zaključak: Primena volumetrijskog merenja kao novog aspekta morfolo&scaron;ke procene odgovora karcinoma pluća na primenjenu terapiju može unaprediti dono&scaron;enje terapijskih odluka kako u lečenju individualnih bolesnika tako i u vođenju kliničkih istraživanja.</p> / <p>Lung cancer is the leading cause of mortality among all malignancies, and despite advances in diagnostics and therapy over the past 30 years, there has been no significant improvement in the extremely low overall rate of a five-year survival with these patients. At the time of the diagnosis, more than a third of all newly discovered cases are at the IV stage of the disease. Precise and adequate monitoring of the response of the tumor to therapeutic treatment with lung cancer patients in IV stage, as well as the early detection of progression of the disease or inefficiency of therapy in this group of patients is of great importance as chemotherapy is the only therapeutic option for these patients. The existing conventional methods of one-dimensional measurement and assessment of tumor response to therapeutic treatment according to RECIST criteria do not use all the advantages of CT diagnostics and rely on the subjectivity of manual measurements. Advanced radiological techniques, such as volumetry, can contribute to the development of the image monitoring of the therapeutic response of tumors in patients with lung cancer. The aim of this study is to evaluate the application of one-dimensional and volumetric measurement in the assessment of the therapeutic response to lung cancer with multslice computerized tomography. Methodology: A study per type of prospective study included 100 patients with lung cancer at the IV stage of the disease at the time of detection, which were tested in the period between 2013 and 2016 at the Institute of Pulmonary Diseases of Vojvodina in Sremska Kamenica and met the criteria for entering the study. With all patients involved in the study, two radiologists independently assessed all CT chest exams, performed one-dimensional manual and volumetric measurements of selected target lesions, which enabled the determination of intraobserver and interobserver variability and the agreement of the target lesion measurement results using the test method. Based on the results of the performed measurements, the categorization of the therapeutic response of the tumor with conventional RECIST criteria, as well as the application of a modified categorization system for volumetric assessment of the therapeutic response with modified optimal limit values for classification (progression of the disease and positive response to the therapy) was performed, calculated on the basis of the tested sample. Comparison of manual and volumetric estimates of the therapeutic response was made using various classification systems with the determination of the degree of difference in classification and analysis of survival of patients until the progression of the disease. The influence of morphological characteristics of target lesions on the results of volumetric measurement was determined by the analysis of the deviation of the measured tumor volume relative to the arithmetic mean between the groups of lesions of the examined morphological characteristics. Results: The application of volumetric measurements on the test sample leads to a lower rate of variability in the results of measuring the dimensions of the target lesions compared to the conventional manual measurement method, and in the case of interobserver variability (0.9% versus 6.5%) and in terms of intraobserver variability (4.9% to 0.9%). The volumetric assessment of the therapeutic response of the tumor using modified boundary categorization values (3Dindividual model) results in a significantly different classification of the therapeutic response in relation to the use of conventional RECIST criteria. In the case of volumetric assessment of the therapeutic response, the classification of patients using the new &ldquo;3D-individual&rdquo; categorization system leads to a misclassification in 22.2% of cases compared to RECIST equivalent to volumetric criteria, reflecting the equally good predictability of PFS in these two systems. The results of the study showed that the appearance of the lesion margins and relation to the surrounding anatomical structures influenced the variability of the results of volumetric measurements. Conclusion: The application of volumetric measurements as a new aspect of the morphological evaluation of lung cancer response to applied therapies can help in making therapeutic decisions both in the treatment of individual patients and in the conduct of clinical trials.</p>