Evaluation einer semi-automatischen Segmentierungsmethode für die Volumetrie des renalen Kortex, der Medulla und des gesamten Nierenparenchyms in nativen T1-gewichteten MR- Bildern

Das Krankheitsbild der Chronischen Nierenerkrankung (CKD) ist gekennzeichnet durch eine permanente Verringerung der Nierenfunktion. Eine Zunahme der Prävalenz zeigt sich weltweit. Hauptursachen in der westlichen Welt sind Folgen des Diabetes mellitus und der arteriellen Hypertonie. Durch einen schleichenden und symptomlosen Progress bleibt die Erkrankung in den Anfangsstadien oft unentdeckt. Die Früherkennung von Nierenerkrankungen spielt daher eine wichtige Rolle und kann die Überlebensrate der Patienten maßgeblich beeinflussen. Es ist somit geboten das Verständnis über die Pathogenese von Nierenerkrankungen weiter auszubauen, sie frühzeitig zu erkennen und einen progredienten Verlauf zu verhindern. Hierzu bedarf es diagnostischer Methoden, welche einzeln und / oder im Verbund möglichst wenig invasiv, kostengünstig und treffsicher zu einer Bestätigung der Erkrankung oder deren Ausschluss führen. Durch die volumetrische Analyse des Nierenparenchyms und speziell des Nierenkortex via Segmentierung können wertvolle Parameter eruiert werden, welche zusätzliche Informationen zur Diagnostik und zur Verlaufskontrolle von Nierenerkrankungen liefern. Die Magnetresonanztomographie (MR) bietet hierbei ein einzigartiges Medium, welches sich durch fehlende Strahlenbelastung und hohe räumliche Auflösung auszeichnet. Zielsetzung Ziel dieser Arbeit war es daher, ein semi-automatisches Segmentierungsprogramm hinsichtlich Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und zeitlichem Aufwand für volumetrische Analysen der Niere in T1-gewichteten Magnetresonanz (MR) -Bildern zu evaluieren. Material und Methodik In die prospektiv angelegte Studie wurden 78 Patienten mit 156 gesunden Nieren einbezogen, welche bei einer Routinebeurteilung der Leber ein abdominales MRT erhielten. Durch zwei Befunder wurde eine semi- automatische Segmentierung durchgeführt. Speziell hierfür wurde ein in Zusammenarbeit mit uns entwickeltes Segmentierungsprogramm verwendet. Als Referenzstandard diente die manuelle Segmentierung der Niere. Unterteilt wurde die Segmentierung in das Gesamtnierenvolumen (GNV) sowie das Kortexvolumen (KV). Das Nierenmarksvolumen (MV) wurde durch Subtraktion des KV von dem GNV ermittelt. Das Nierenbecken wurde nicht einbezogen. Das MRT-Protokoll (T1w-DIXON-Vibe-Gradientenecho) entsprach den Vorgaben der NAKO Gesundheitsstudie (Nationale Kohorte). Ergebnisse und Beobachtung Die durch den Referenzstandard erhobenen Werte für das mittlere GNV lagen bei 162,5 ± 39,8 ml für die linke Niere und 156 ± 37,8 ml für die rechte Niere. Des Weiteren wurden Werte für das mittlere KV der linken Niere mit 62,8 ± 23,3 ml, sowie einem Volumen von 61,3 ± 23,2 ml für den Kortex der rechten Niere ermittelt. Zwischen manuell- und semi-automatisch-segmentiertem Volumen des GNV gab es keinen signifikanten Unterschied, bei geringer Standardabweichung (rechts: -0,8 ± 10,7 ml, p=0,960; links: 0,7 ± 10,9 ml; p=0,574). Einen signifikanten Unterschied mit hoher Standardabweichung stellte sich bei den Auswertungen für das KV dar (rechts: -7,0 ± 15,8 ml; p < 0,001; links: -6,0 ± 16,3ml; p=0,002). Die semi-automatische Segmentierung war signifikant schneller. Für die manuelle Segmentierung des GNV betrug die Zeit 485±97 [s] (8,1±1,6 [min]) rechts und 454±74 [s] (7,6±1,2 [min]) links, für das KV 349±85 [s] (5,8±1,4 [min]) rechts und 340±72 [s] (5,7±1,2 [min]) links. Die ermittelten Zeiten bei der semi-automatischen Segmentierung lagen bei 140±30 [s] (2,3±0,5 [min]) rechts, 135±33 [s] (2,3±0,6 [min]) links und für das KV 104±34 [s] (1,7±0,6 [min]) rechts und 108±37 [s] (1,8±0,6[min]) links. Intra- und Inter-Observer-Variabilität des GNV zeigten keine signifikanten Unterschiede. Praktische Schlussfolgerungen Die semi-automatische Segmentierung ist für eine volumetrische Analyse des Gesamtnierenvolumen in nativen T1w-MRT-Bildern mit einer Dixon Vibe Sequenz geeignet und liefert akkurate und reproduzierbare Ergebnisse. Die volumetrische Analyse der Nierenrinde weist jedoch eine hohe Varianz auf und wird nicht empfohlen.