Anwendung des 3D-Ultraschalls in der Diagnostik von Schilddrüsenknoten - Vergleich mit dem konventionellen 2D-Ultraschall

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2014-11-25
Issue Year
2014
Authors
Beck, Michael Thomas
Editor
Abstract

Evidence on the reproducibility of thyroid nodule volumetry with ultrasound is scarce. The aim of the following study was to analyze this variable by comparing the classical three-distance-method in B-Mode ultrasound with the manual segmentation of nodule volume on three-dimensional ultrasound data sets. Two-dimensional (2D US) and three-dimensional (3D US) sonographic data from 32 patients with overall 42 nodules were acquired using the Voluson 730 Pro ultrasound system (GE, Milwaukee, USA). Eightteen nodules were echo-complex, the remaining twenty-four nodules were echo-simple including fifteen hypo-echoic, six iso-echoic, three purely cystic, and one hyper-echoic nodule. Using 2D B-Mode imaging height, depth, and length of each nodule were measured and then the volume estimated under presumption of a rotational ellipsoid. Subsequently, using the same ultrasound system, 3D data sets were acquired and transferred into an InSpace-Enviroment. Utilizing a self-developed software tool, the border of each nodule was manually defined on the sagittal slices of this dataset, and its volume planimetrically obtained. The 2D as well as the 3D measurements were carried out by two independent observers on two different days yielding four measurements per nodule. The data was analyzed by calculating absolute (DIFF) and percentual differences (DIFFPRO) between volumes obtained by the two different observers as well as by the two techniques used. From these results intra- and interobserver – differences were calculated. Due to the lack of pathology as gold standard the mean volume estimated via 3D US was used as the reference volume. On 3D measurement, the mean volume of the nodules was 3.37 ml ± 4.90 ml with a range from 0.05 ml to 23.18 ml. Using 2D US, the mean volume of the nodules was measured to be 3.34 ml ± 4.64 ml with a range from 0.04 ml to 19.32 ml. In 2D US a intraobserver difference of 0.61 ml ± 1.31 ml (23.1 % ± 25.6 %) for Observer 1, respectively 0.63 ml ± 0.9 ml (23.9 % ± 22.6 %) for Observer 2 could be found. The interobserver difference was 0.63 ml ± 0.87 ml (23.5 % ± 23.1 %). There were no significant differences between Observer 1 and 2 with regard to measured volumes and estimated differences. In 3D US an intraobserver difference of 0.22 ml ± 0.34 ml (8.3 % ± 6.4 %) and 0.37 ml ± 0.68 ml (12.0 % ± 10.6 %), respectively, were calculated. Interobserver difference was 0.29 ml (10.1 % ± 7.4 %). Like in 2D US there were no significant differences between Observer 1 and 2 with regard to measured volumes and estimated differences. A significant difference between intra- and interobserver differences comparing 2D US and 3D US (p < 0.05) was found. These results were also seen in the subgroup comparison of different echogenicities and also in volume-divided subgroups. 3D US shows a better reproducibility in the volumetry of thyroid nodules than 2D US. Despite the advantages of 3D US with regard to reproducibility, an integration of 3D US into clinical routine seems, at present, not to be feasible, due to the high amount of time needed for acquisition and post processing when manually segmenting the nodule. The development of automatic segmentation tools could be helpful in that regard.

Abstract

Für die Reproduzierbarkeit der sonographischen Volumetrie von Schilddrüsenknoten gibt es bisher wenige Daten. Die Reproduzierbarkeit der sonographischen Volumetrie der gesamten Schilddrüse ist eingeschränkt. Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Untersuchung dieser Variable bei Knoten, wobei zum einen die klassische Drei-Distanzmethode, zum anderen aber auch die manuelle Segmentierung des Knotenvolumens auf dreidimensionalen sonographischen Datensätzen analysiert wurden Zur Verfügung standen sonographische Daten von 42 Schilddrüsenknoten von 31 Patienten. 18 der Knoten waren echokomplex, 24 echoeinfach (15 echoarm, 6 echogleich, 3 zystisch). Unter Verwendung des Voluson Pro 730 (GE, Milwaukee, USA) wurden zunächst im B-Mode (2D US) Knotenbreite, -tiefe und –länge gemessen und das Knotenvolumen unter Annahme eines Rotationsellipsoids berechnet. Anschließend wurden mit diesem Gerät drei-dimensionale (3D US) Datensätze akquiriert und in eine InSpace-Umgebung transferiert. Unter Verwendung eines selbst entwickelten Software-Tools wurden die Grenzen der Knoten in allen sagittalen Schnitten manuell umfahren und ihr Volumen bestimmt. 2D- und 3D-Messungen wurden jeweils von 2 Observern unabhängig voneinander durchgeführt, wobei jeweils 2 Messungen für 2D und 3D an zwei unterschiedlichen Tagen erfolgten. Zielvariablen waren die absoluten Differenzen (DIFF) der Volumina zwischen jeweils 2 Datensätzen und die Differenzen bezogen auf das Referenzvolumen, sowie die daraus resultierenden prozentualen (DIFFPRO) Abweichungen. Aus diesen Ergebnissen wurden die Intra- und Interobserver-Differenzen berechnet. Als Referenzvolumen wurde aufgrund eines fehlenden pathologischen Goldstandards der Mittelwerte der 3D-Ultraschallmessungen festgelegt. Das mittlere Volumen der Knoten lag in den gemittelten 3D-Messungen bei 3,37 ± 4,90 ml mit einem minimalen Wert von 0,05 ml und einem maximalen Wert von 23,18 ml. Für die gemittelten 2D-Messungen errechnete sich ein Mittelwert von 3,34 ± 4,64 ml mit einem Minimum von 0,04 ml bzw. Maximum von 19,32 ml. In den 2D-Messungen ergaben sich Intraobserver-Differenzen von 0,61 ml ± 1,13 ml (23,1 % ± 25,6 %) für Observer 1 bzw. 0,63 ml ± 0,9 ml (23,9 % ± 22,6 %) für Observer 2. Die Interobserver-Differenz beträgt 0,63 ml ± 0,87 ml (23,5 % ± 23,1 %). Es ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Messergebnissen der einzelnen Observer (p= 0,54 bzw. p= 0,93) als auch im Interobserver-Vergleich (p= 0,41). In den 3D-Messungen berechneten sich Intraobserver-Differenzen von 0,22 ml ± 0,34 ml (8,3 % ± 6,4 %) für Observer 1 bzw. 0,37 ml ± 0,68 ml (12,0 % ± 10,6 %) für Observer 2. Die Interobserver-Differenz beträgt 0,29 ml ± 0,49 ml (10,1 % ± 7,4 %). Es ergaben sich wie auch bei den 2D-Messungen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Messergebnissen der einzelnen Observer (p= 0,75 bzw. p= 0,36). Beim Vergleich der Inter- bzw. Intraobserver-Differenzen zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen 2D US und 3D US (p < 0,05). Die Ergebnisse bestätigten sich auch bei der Analyse in Abhängigkeit der unterschiedlichen Echogenitäten, sowie in einer Subgruppenanalyse in die Knoten mit einem Volumen zwischen 0,5 und 10 ml eingeschlossen wurden. Die sonographische Volumetrie von Schilddrüsenknoten mittels 3D US zeigen eine bessere Reproduzierbarkeit als die Volumetrie mittels 2D US. Trotz des nachgewiesenen Vorteils des 3D US scheint eine Integration in die Routinediagnostik jedoch aufgrund des großen zeitlichen Aufwandes für eine manuelle Segmentation der Schilddrüsenknoten aktuell nicht durchführbar. Aus diesem Grund erscheint die Entwicklung von Methoden der automatischen Segmentierung sinnvoll.

DOI
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs