Diagnostische Leistung der Niedrigdosis-CT bei akuten abdominalen Erkrankungen (DETECT_Acute)

Hintergrund Die Computertomographie (CT) ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der modernen klinischen Medizin geworden. Mit weit verbreiteter Verfügbarkeit wurde in den letzten Jahrzehnten ein rascher Anstieg der Verwendung von CT-Bildgebung beobachtet. Mit der damit verbundenen Zunahme der Strahlenbelastung ist das potenziell erhöhte Risiko für strahleninduzierte Malignität zu einem Problem für die öffentliche Gesundheit geworden. Dies gilt insbesondere für CT-Untersuchungen des Abdomens und des Beckens, die derzeit 50 % der kollektiven CT-Dosis ausmachen. Da der Vorteil einer Dosisreduktion im Allgemeinen durch eine Verschlechterung der Bildqualität zunichte gemacht wird, werden in der klinischen Praxis technologische Fortschritte angestrebt, um die Strahlendosis zu reduzieren, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen.

Bei der CT-Bildrekonstruktion ist die gefilterte Rückprojektion (FBP) seit den frühen 1970er Jahren der vorherrschende Bildrekonstruktionsalgorithmus, ergänzt durch die ersten kommerziellen iterativen Rekonstruktionsalgorithmen (IR) im Jahr 2009.

Ein neuartiger Deep-Learning-Bildrekonstruktionsalgorithmus (DLIR) erhielt 2019 die klinische Zulassung (TrueFidelity, GE Healthcare, Milwaukee, WI). Andere herstellerspezifische Algorithmen für Deep-Learning-Bildrekonstruktion entstehen ebenfalls (AiCE, Canon Medical Systems, Otawara, Japan). Wie in einem technischen Whitepaper erläutert, strebt der DLIR-Algorithmus, der mit hochdosierten und niedrigdosierten FBP-Datensätzen über Phantom- und Patientenfälle hinweg trainiert wurde, danach, Bildrauschen zu unterdrücken, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Die Verwendung von Deep-Learning-Bildrekonstruktion hat das Potenzial für eine verbesserte Bildqualität und Dosisreduzierung gezeigt, ohne die Rauschtextur zu verschieben.

Bei Patienten mit akuten abdominellen Erkrankungen gilt die CT des Abdomens und des Beckens als die beste Erst- oder Zweitliniendiagnostik. Für diese Patienten ist eine schnelle und genaue Diagnose von großer Bedeutung, um Behandlungsverzögerungen und nachfolgende Komplikationen wie Magen-Darm-Perforation im Falle einer Appendizitis oder Divertikulitis zu vermeiden. Andererseits ist es auch wichtig, unnötige chirurgische Eingriffe und die damit verbundenen Komplikationen zu vermeiden. Ein mögliches Low-Dose-CT-Protokoll muss daher eine nicht unterlegene diagnostische Leistung bieten, um eine schnelle Diagnose zu ermöglichen und eine Überbehandlung und nicht aussagekräftige Untersuchungen zu vermeiden.

Vielversprechende Ergebnisse wurden in Bezug auf Niedrigdosis-CT-Untersuchungen mit modellbasierter IR und einer Dosisreduktion von bis zu 75-80 % berichtet. Mit der Einführung von DLIR scheint jedoch eine weitere Dosisreduktion machbar. Unsere eigenen Ergebnisse aus einer Bildqualitätswahrnehmungsstudie mit DLIR zeigen, dass eine Dosisreduktion von bis zu 92,5 % im Vergleich zu Standard-CT eine akzeptable diagnostische Bildqualität bewahren könnte (noch unveröffentlichte Arbeit).

Auf dieser Grundlage besteht der Zweck dieser Studie darin, die diagnostische Leistung von Niedrigdosis-CT mit DLIR für die Diagnose akuter abdominaler Erkrankungen in einem Nicht-Unterlegenheits-Setting mit einer großen Stichprobengröße zu bewerten, die von zwei großen Traumazentren in Nordeuropa bereitgestellt wurde.

Ziele

Primär:

Bewertung der diagnostischen Leistungsfähigkeit von kontrastverstärkter Niedrigdosis-CT mit DLIR „TrueFidelity“ (TF) bei akuten abdominalen Erkrankungen im Vergleich zu Standard-Volldosis-CT.

Sekundär:

Bewertung der technischen und wahrgenommenen Bildqualität (qualitativ und quantitativ).

Ethik

Die Genehmigung wird von der regionalen Ethikkommission und dem Datenschutzbeauftragten der Einrichtung eingeholt.

Von allen Teilnehmern wird eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Dieses Projekt steht im Einklang mit der Deklaration von Helsinki.

Risiken Aufgrund einer leichten Erhöhung der Strahlenbelastung bestehen minimale Risiken. Die zusätzliche Strahlenexposition von 27,5 % liegt innerhalb der nationalen Schwankungen der Strahlenexposition aus CT-Untersuchungen, die für entsprechende klinische Aufgaben durchgeführt werden. Die Forscher schätzten die mittlere zusätzliche effektive Dosis auf 1,5 mSv, was etwa 4 Monaten bei natürlicher Hintergrundstrahlenexposition in Norwegen (4,1 mSv/Jahr) entspricht. Die zusätzliche Strahlenbelastung entspricht einem theoretischen Lebenszeitüberschussrisiko für tödlichen strahleninduzierten Krebs zwischen 0,004 und 0,03 %. Die klinischen Risiken dieser Exposition werden als minimal/nicht signifikant angesehen.

Material und Methoden Die Studie wird bei ClinicalTrials.gov registriert vor der Einleitung. Studienmethoden und -ergebnisse werden in Übereinstimmung mit der Erklärung der Standards for Reporting of Diagnostic Accuracy Studies (STARD) von 2015 berichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass die STARD-AI-Lenkungsgruppe eine KI-spezifische Erweiterung vorbereitet. Werden diese STARD-AI-Leitlinien vor Studienende veröffentlicht, werden die Befunde ebenfalls entsprechend hiermit berichtet. Um KI-spezifische Elemente zu kompensieren, die in STARD nicht behandelt werden, stützen sich die Prüfärzte gegebenenfalls auf die Checkliste für künstliche Intelligenz in der medizinischen Bildgebung (CLAIM), die der STARD-Leitlinie nachempfunden ist.

Pilot Eine Pilotstudie mit 10 Patienten, die zu gleichen Teilen auf Oslo und Odense verteilt sind, wird durchgeführt, um die Studienlogistik und Anpassungen der Strahlendosis des Niedrigdosis-CT zu testen.

Untersuchungsprotokoll / Bildgebung Die Untersuchungen werden nach lokalen Routineverfahren und etablierten CT-Protokollen (CT-Scanner: GE Revolution) durchgeführt.

Zusätzlich zum CT mit Standard-Untersuchungsprotokoll wird ein Niedrigdosis-CT-Scan durchgeführt, der 30% Strahlendosis des Standard-CT nicht überschreitet. Niedrigdosis-CT-Bilder werden mit TF hoch rekonstruiert. Die Niedrigdosis-CT wird direkt nach der Standard-CT durchgeführt, um Verzerrungen durch Unterschiede im Timing der Kontrastphase zu vermeiden.

Ort und lokale Studienpopulation Die Studie wird als multizentrische Studie unter Beteiligung von Oslo und Odense mit prospektiver Datenerhebung durchgeführt.

Die geschätzte Gesamtpopulation der Studie wird zu gleichen Teilen auf die beiden Krankenhäuser aufgeteilt.

Bildauswertung Das Low-Dose-CT wird nicht für diagnostische Zwecke oder die Patientenbehandlung verwendet. Die Bildauswertung und der Bildvergleich werden getrennt vom klinischen Routineablauf durchgeführt.

Alle Niedrigdosis-CT-Untersuchungen werden unabhängig voneinander von zwei niedergelassenen Radiologen und von zwei erfahrenen Radiologen, die auf Abdominalradiologie spezialisiert sind und über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Abdominal-CT verfügen, ausgewertet. Die Leser werden für alle Informationen aus früheren Untersuchungen, den primären CT-Bericht, alle Befunde der anderen Leser, alle behandlungsbezogenen Informationen und für die endgültige Diagnose geblendet.

Sie haben Zugang zu klinischen Überweisungen und Labortests, die vor der ursprünglichen CT-Untersuchung durchgeführt wurden. Die Bildauswertung wird in der klinischen Umgebung des Radiologen unter Verwendung von diagnostischen Monitoren durchgeführt.

In der Ergebnisanalyse wird die Diagnose für jeden Patienten aus der Niedrigdosis-CT mit der ursprünglichen radiologischen Diagnose basierend auf der Volldosis-CT verglichen.

Für eine Intra-Leser-Vereinbarung wird jedem Leser eine zufällige Auswahl aus 10 % der Fälle zweimal präsentiert.

Die technische Bildqualität wird durch die Positionierung von interessierenden Bereichen (ROI) in einem homogenen Segment der Pfortader, angrenzend an das normale Leberparenchym, die Aorta, die Erector-Spinae-Muskeln und im subkutanen Fettgewebe bewertet. Das Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR) wird berechnet.

Die wahrgenommene Bildqualität wird von mindestens zwei Radiologen auf einer Likert-Skala anhand von Bildqualitätskriterien bewertet, die auf den europäischen Richtlinien für Bildqualität in der Abdominal-CT basieren.

Statistik Für die Analyse der Studiendaten wird spezielle Statistiksoftware wie Stata und SPSS verwendet. Das Alpha-Signifikanzniveau wird auf 5 % festgelegt, und es werden 95 %-Konfidenzintervalle verwendet. Kappa-Statistiken werden für die Inter- und Intra-Leservereinbarung verwendet. Die logistische Regression wird zur Beurteilung der Bildqualität verwendet. Zur Bewertung numerischer Variablen werden geeignete parametrische oder nichtparametrische Tests verwendet. Die diagnostische Leistung wird durch Fläche unter der Kurve, Sensitivität, Spezifität, positiver und negativer prädiktiver Wert definiert. Signifikante Unterschiede in Sensitivität und Spezifität werden durch den McNemar-Test bestimmt.

Power-Berechnung und Stichprobengröße Ein Studiendesign zur Nichtunterlegenheit wird verwendet, um die Nichtunterlegenheit bezüglich der diagnostischen Leistung der Niedrigdosis-CT im Vergleich zur Standard-CT aufzuzeigen. Die Prüfärzte schätzten die Sensitivität des Standard-CT auf 90 %. Die Prävalenz akuter abdominaler Erkrankungen mit einem sichtbaren Korrelat im Standard-CT wird auf 70 % aller Überweisungen geschätzt, die die Einschlusskriterien erfüllen. Als klinisch akzeptabel wurde eine Nichtunterlegenheitsspanne von 10 % für die Sensitivität angesehen, d. h. die Wahrscheinlichkeit für positive Befunde im Low-Dose-CT bei positivem Standard-CT wurde mit 90 % angenommen.

S_L = Wahrscheinlichkeit (positives Niedrigdosis-CT | positives Standard-CT)

Die 0-Hypothese wurde wie folgt definiert:

S_L < 90 %

Die Alternativhypothese wurde dann wie folgt definiert:

S_L > 90 % Um eine einseitige 6 %-Differenz (Erhöhung) von der Nichtunterlegenheitsgrenze mit einer Power von 80 % und einem Alpha-Signifikanzniveau von 5 % zu identifizieren, schätzten die Untersucher die erforderlichen Patienten mit positivem CT-Befund auf n= 116 (Binominalverteilung). Die Gesamtzahl der erforderlichen Patienten wurde dann auf 116/0,7=166 berechnet.