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A Systematic Approach to the Detection, Quantification and Classification of Thyroid Nodules in Ultrasound Images using Image Computing, Machine and Deep Learning for Reduced Subjectivity and Inter- and Intraobserver Variability
No full textUltrasound imaging is used as a first and most frequent mode for assessing thyroid
nodules. Nodule features like irregular shape, microcalcifications, and taller-than-wide
morphology raise suspicion for malignancy. However, classification of thyroid nodules
using ultrasound images depends heavily on the interpreting physician's experience
and skill, leading to inherent issues with subjectivity and both interobserver and
intraobserver variability. This thesis presents a systematic approach for the detection,
region estimation and classification of thyroid nodules using ultrasound images aimed
at reducing overall subjectivity and inter- and intraobserver variability. This is achieved
through the use of texture analysis, feature extraction, machine learning and deep
learning using ultrasound images with thyroid nodules. The study begins by
differentiating textures of the thyroid gland from surrounding organs in US images
using autoregressive features and machine learning. This is followed by the comparison
of performances from four different deep learning algorithms for the detection and
localization of thyroid nodules. Subsequently, we estimate and quantify the solid and
cystic regions within thyroid nodules using textural analysis and machine learning.
Lastly, extraction of geometric and morphological features, helps classify thyroid
nodules using machine learning techniques that consider the visual characteristics
analyzed by physicians according to TIRADS. Thus, providing them with quantifiable
evidence that supports the classification process. Future research will focus on refining
and validating these models, and determine how best to incorporate them into existing
clinical workflows
Entwicklungen und Untersuchungen zur Bildgebung der Schilddrüse: 124Iod-PET/CT, 3D-Ultraschall und nuklearmedizinisch-sonographische Bildfusion
No full textIn der etablierten Schilddrüsenbildgebung existieren trotz des bereits hohen Standards begrenzende Faktoren. Methodische und technische Neuerungen erscheinen mithin sinnvoll und geboten. Die vorliegende Habilitationsschrift stellt die Entwicklung und Erprobung neuer Konzepte der Schilddrüsendiagnostik in drei Teilgebieten vor: *Durch die 124Iod-Niedrigaktivitäts-PET/Niedrigdosis-CT wird (i) die Ortsauflösung der herkömmlichen Szintigraphie übertroffen und die Detektierbarkeit kleinerer Strukturen sowie anatomischer Details verbessert. Durch den parallel akquirierten CT-Datensatz können (ii) zusätzliche Erkenntnisse zur Schilddrüse sowie deren Beziehung zu Nachbarorganen gewonnen werden. Darüber hinaus sind (iii) im Rahmen der Vorbereitung von Radiojodtherapien prätherapeutische Uptake-Messungen möglich. *Der 3D-US ermöglicht (i) den lückenlosen Scan der Schilddrüse und (ii) die vollständige digitale Archivierung des Untersuchungsvolumens im PACS. Dadurch ergeben sich auf Schnittbildworkstations die Vorteile (iii) des Second Readings, (iv) des Side-by-Side-Vergleichs mit vorangegangenen 3D-US-Studien und anderen Schnittbildverfahren. Darüber hinaus kann (v) eine nachträgliche Datenverarbeitung (Processing) erfolgen. *Die Einbeziehung des Ultraschalls in das Konzept der Fusions- bzw. Hybridbildgebung hat gezeigt, dass die räumliche Verknüpfung und bildliche Überlagerung der morphologisch-sonographischen Informationen mit den nuklearmedizinisch-funktionellen Bilddaten erfolgen kann. Aus dem klinischen Potential der Methoden einerseits, sowie den geschilderten Limitationen andererseits ergeben sich Implikationen für die Zukunft. Zunächst sind die apparativ-technische Weiterentwicklung der Verfahren sowie eine Optimierung der informationstechnischen Einbindung notwendig. Darüber hinaus muss eine Entwicklung hin zu einer zeitsparenden und einfachen Anwendbarkeit erfolgen, um einen rationellen klinischen Workflow zu ermöglichen und personelle Ressourcen zu schonen
Zusammenhang zwischen renaler Tracer-Speicherung und Nierenfunktion bei der Ga-68-PSMA-11-PET/CT
No full textHintergrund: Ga-68-PSMA-Ligand ist ein Radiopharmakon, welches in der PET/CT-Diagnostik von Prostatakarzinomen Anwendung findet. Es reichert sich über die Tumormanifestationen hinaus in Geweben und Organen des Körpers physiologisch an und wird über die Niere ausgeschieden. Dabei ist eine prominente renale Einlagerung zu beobachten, welche nahezu spezifisch den Nierenkortex darstellt und einen Zusammenhang zwischen Anreicherung und Nierenfunktion denkbar erscheinen lässt. Ziel: Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung eines Zusammenhanges zwischen der Speicherung von Ga-68-PSMA-11 in den Nieren und der Nierenfunktion des jeweiligen Patienten sowie die Evaluation eines Messverfahrens, mit welchem diesbezüglich die höchste Korrelation ermittelt werden kann. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob die funktionellen Informationen der PET besser mit der Nierenfunktion korrelieren als die morphologischen Parameter der CT. Methodik: Insgesamt 103 Patienten, welche im Jahr 2018 eine PET/CT-Diagnostik mit PSMA-11 sowie eine laborchemische Evaluation des Kreatininwertes innerhalb eines Monats vor der Untersuchung erhielten, wurden in diese retrospektive Beobachtungsstudie eingeschlossen. Die Ermittlung der verschiedenen SUVmean und SUVmax, welche mit der GFR ins Verhältnis gesetzt wurden, erfolgte einerseits durch manuell platzierte VOIs, andererseits mittels computergestütztem Isokonturierungsverfahren in unterschiedlichen Messkonfigurationen. Schlussfolgerung: Es stellte sich heraus, dass der vermutete Zusammenhang zwischen der quantitativen Radiopharmaka-Aufnahme von Ga-68-PSMA-11 in den Nieren und der laborchemisch ermittelten glomerulären Filtrationsrate nur sehr eingeschränkt existiert. Es ist nicht möglich, von der zu einem einzelnen Zeitpunkt gemessenen Intensität des Tracer-Uptakes auf die Nierenfunktion zu schließen. Dabei ist es unerheblich, ob die Messung des SUV manuell oder computergestützt durch Isokonturierungsverfahren durchgeführt wird
In-ovo Straußeneimodell als präklinisches Bildgebungsverfahren: physiologischer Gasaustausch und Pharmakokinetik von Narkosegasen
No full textTierversuche waren und sind heute noch ein grundlegender Bestandteil der Wissenschaft. Doch der Wunsch nach alternativen Forschungsmethoden nimmt immer mehr zu. Das In ovo-Modell ist ein Ansatz, die Zahl der Tierversuche zu verringern und den Versuchstieren unnötige Leiden zu ersparen. Bislang bedeutete In ovo-Forschung im weitesten Sinne die Untersuchung forschungsrelevanter Fragen anhand von Hühnereiern und – embryonen. Um das In ovo-Modell besser in ein klinisches Umfeld zu integrieren und Theorie und Praxis am Ort zu vereinen, soll zukünftig das Straußenei in der Wissenschaft etabliert werden. Vor einem nuklearmedizinischen Hintergrund ergibt sich die Möglichkeit, neu entwickelte Radiopharmaka anhand der Straußenembryonen zu testen und die Untersuchung als PET/CT-Aufnahme zu dokumentieren. Jegliches bildgebende Verfahren erfordert jedoch die Immobilität des Embryos, um Bewegungsartefakte zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurden die Straußeneier in einem eigens für dieses Vorhaben entwickelten Messsystem von den volatilen Anästhetika Isofluran und Desfluran umgeben. Während der Messung wurden die prozentualen Volumenanteile für Isofluran und Desfluran sowie für Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Messkammer aufgezeichnet. Mithilfe dieses Messverfahrens konnte sowohl ein physiologischer Gasaustausch von O2 und CO2 über die Eischale eruiert werden als auch die Aufnahme der Narkosegase in das Ei quantifiziert werden. Die Aufnahmerate in das Ei zeigte sich abhängig vom jeweiligen Narkosegas und der Konzentration, in welcher es dargeboten wurde. Von Beginn bis Ende einer Messung nahm die Aufnahmerate kontinuierlich ab. Die zwei untersuchten Flurane als Narkosegase werden demnach diffusiv in das Ei aufgenommen und können hypothetisch beim Straußenembryo zu einer Immobilisierung führen. Bezüglich letzterem müssen weitere Untersuchungen erfolgen
Preoperative diagnostics in differentiated thyroid carcinoma
No full textSummaryAim: The preoperative diagnosis of differentiated thyroid carcinomas (DTC) is particularly challenging in view of the high prevalence of thyroid nodules in the general population. Incidental diagnosis of DTC, on the other hand, can lead to reoperations and increased risk of morbidity. This study aimed to assess the prediction value of preoperative DTC dignity assessment and it’s impact on surgical approaches. Methods: We retrospectively reviewed 107 cases of DTC and subdivided them in three groups based on the preoperative dignity assessment: suspected malignancy (SM), unclear dignity (UD), and incidental findings (IF). The group differences were investigated in terms of diagnostic methods, findings, and impact on the subsequent surgical approach. Results: The patient groups consisted of n = 51 (SM), n = 32 (UD), and n = 24 (IF). The tumor size, T staging, and ultrasound (US) assessment had the largest impact on the dignity classification (each p < 0.001). Scintigraphy was performed in 80 % of the patients, fine-needle aspiration cytology (FNAC) in 28 %. Hypofunction at scintigraphy (p < 0.001) and cytology results (p < 0.01) were identified as significant predictors for group assignment. Other significant factors were the frequency of the US documentation of nodule characteristics (p < 0.001) and malignancy criteria (p < 0.01) as well as reduced thyroid-stimulating hormone (TSH) levels (p < 0.01). Frozen section (p < 0.001) and total thyroidectomy (p < 0.01) at initial surgery were performed significantly more often in the MV group. Reoperations were significantly more frequent in the IF group (p < 0.001). Conclusions: A relevant number of DTC cases was diagnosed incidentally, leading to significantly more frequent reoperations. A more systematic diagnostic approach with complete documentation of the findings according to current guidelines should be pursued.</jats:p
Salivary gland toxicity after PSMA-targeting radioligand therapy (PRLT) in patients with advanced prostate cancer: a single-center systematic investigation
No full textIntroduction: PSMA radio ligand therapy (PRLT) is a promising treatment for mCRPC patients. However, an intense uptake to the salivary glands (SG) can be observed with moderate xerostomia. For Ac-225- PSMA xerostomia became even dose-limiting. Objective of this study was a systematic investigation of SG dysfunction after PRLT using patient-based and clinical data as well as salivary gland scintigraphy (SGS) and PSMA-PET/CT parameters. Methods: 3 patient groups undergoing Lu-177 PSMA or a combination of Ac-225 and Lu-177 PSMA (Tandem-PRLT) were studied. Group I consisted of 91 patients receiving 2 cycles of Lu-177 PSMA. Clinical examination, a standardized questionnaire (sXI), SGS and SUVmax and the metabolic volume of the SGs on PSMA-PET/CT were assessed at baseline and follow-up. Group II with 40 patients, that underwent 2-9 cycles of PRLT (up to 61.8 GBq) was investigated by the same protocol. In group III, 18 patients after 1 cycle of Tandem-PRLT were investigated similarly. Results: In group I, 24 % of the patients had xerostomia grade 1, in group II xerostomia grade 1-2 occurred in 40 %. sXI scores rose significantly with a correlation between the follow-up sXI score and mouth dryness. SGS showed no significant changes. While no changes of the SUVmax of the SGs were found, a significant decline of the metabolic volume both in short and long-term follow-up was found. Age, previous treatments, tumor burden or cumulative activity showed no influence on SG toxicity. In group III 12/18 patients reported xerostomia grade 1-2, sXI rose from 9.5–14.0, a reduction of the EF on the SGS and a decrease of the MV on PSMA PET/CT was found. Conclusion: Only mild SG toxicity after Lu-177 PSMA was observed with minor clinical relevance (compared to EBRT or radioiodine therapy). However, after one cycle of Tandem-PRLT a significant SG dysfunction was observed. This protocol can objectify SG toxicity of PRLT in future studies. Preventive strategies remain an urgent clinical need
Early Dynamic 68Ga-DOTA-D-Phe1-Tyr3-Octreotide PET/CT in Patients With Hepatic Metastases of Neuroendocrine Tumors
No full textEarly-Dynamic Positron Emission Tomography (PET)/Computed Tomography and PET Angiography for Endoleak Detection After Endovascular Aneurysm Repair
No full text Purpose: To propose a positron emission tomography (PET)/computed tomography (CT) protocol including early-dynamic and late-phase acquisitions to evaluate graft patency and aneurysm diameter, detect endoleaks, and rule out graft or vessel wall inflammation after endovascular aneurysm repair (EVAR) in one examination without intravenous contrast medium. Technique: Early-dynamic PET/CT of the endovascular prosthesis is performed for 180 seconds immediately after intravenous injection of F-18-fluorodeoxyglucose. Data are reconstructed in variable time frames (time periods after tracer injection) to visualize the arterial anatomy and are displayed as PET angiography or fused with CT images. Images are evaluated in view of vascular abnormalities, graft configuration, and tracer accumulation in the aneurysm sac. Whole-body PET/CT is performed 90 to 120 minutes after tracer injection. Conclusion: This protocol for early-dynamic PET/CT and PET angiography has the potential to evaluate vascular diseases, including the diagnosis of complications after endovascular procedures. </jats:p
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