An Exploratory Radiomics Approach to Quantifying Pulmonary Function in CT Images
- 1. Duke Medical Center
- 2. Peking University
- 3. Peking University International Hospital
- 4. Duke University
Description
Abstract Contemporary medical imaging is becoming increasingly more quantitative. The emerging field of radiomics is a leading example. By translating unstructured data (i.e., images) into structured data (i.e., imaging features), radiomics can potentially characterize clinically useful imaging phenotypes. In this paper, an exploratory radiomics approach is used to investigate the potential association between quantitative imaging features and pulmonary function in CT images. Thirty-nine radiomic features were extracted from the lungs of 64 patients as potential imaging biomarkers for pulmonary function. Collectively, these features capture the morphology of the lungs, as well as intensity variations, fine-texture, and coarse-texture of the pulmonary tissue. The extracted lung radiomics data was compared to conventional pulmonary function tests. In general, patients with larger lungs of homogeneous, low attenuating pulmonary tissue (as measured via radiomics) were found to be associated with poor spirometry performance and a lower diffusing capacity for carbon monoxide. Unsupervised dynamic data clustering revealed subsets of patients with similar lung radiomic patterns that were found to be associated with similar forced expiratory volume in one second (FEV 1 ) measurements. This implies that patients with similar radiomic feature vectors also presented with comparable spirometry performance, and were separable by varying degrees of pulmonary function as measured by imaging.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
أصبح التصوير الطبي المعاصر أكثر كمية بشكل متزايد. يعد مجال علم الإشعاع الناشئ مثالًا رائدًا. من خلال ترجمة البيانات غير المهيكلة (أي الصور) إلى بيانات مهيكلة (أي ميزات التصوير)، يمكن لعلم الإشعاع أن يميز الأنماط الظاهرية للتصوير المفيدة سريريًا. في هذه الورقة، يتم استخدام نهج إشعاعي استكشافي للتحقيق في الارتباط المحتمل بين ميزات التصوير الكمي والوظيفة الرئوية في صور التصوير المقطعي المحوسب. تم استخراج تسعة وثلاثين سمة إشعاعية من رئتي 64 مريضًا كمؤشرات حيوية تصويرية محتملة للوظيفة الرئوية. بشكل جماعي، تلتقط هذه الميزات مورفولوجيا الرئتين، بالإضافة إلى اختلافات الشدة والملمس الدقيق والملمس الخشن للأنسجة الرئوية. تمت مقارنة بيانات علم الأشعة المستخرجة من الرئة باختبارات الوظائف الرئوية التقليدية. بشكل عام، وجد أن المرضى الذين يعانون من رئتين أكبر من الأنسجة الرئوية المتجانسة والمنخفضة التوهين (كما تم قياسها عن طريق علم الأشعة) يرتبطون بأداء ضعيف لقياس التنفس وقدرة انتشار أقل لأول أكسيد الكربون. كشف تجميع البيانات الديناميكية غير الخاضع للإشراف عن مجموعات فرعية من المرضى الذين يعانون من أنماط إشعاعية مماثلة للرئة والتي تبين أنها مرتبطة بحجم زفير قسري مماثل في قياسات ثانية واحدة (FEV 1 ). وهذا يعني أن المرضى الذين يعانون من متجهات سمة إشعاعية مماثلة قدموا أيضًا أداءً مشابهًا لقياس التنفس، وكانوا قابلين للفصل بدرجات متفاوتة من الوظيفة الرئوية كما تم قياسها عن طريق التصوير.Translated Description (French)
Résumé L'imagerie médicale contemporaine devient de plus en plus quantitative. Le domaine émergent de la radiomique est un exemple de premier plan. En traduisant des données non structurées (c.-à-d. des images) en données structurées (c.-à-d. des caractéristiques d'imagerie), la radiomique peut potentiellement caractériser des phénotypes d'imagerie cliniquement utiles. Dans cet article, une approche radiomique exploratoire est utilisée pour étudier l'association potentielle entre les caractéristiques d'imagerie quantitative et la fonction pulmonaire dans les images CT. Trente-neuf caractéristiques radiomiques ont été extraites des poumons de 64 patients en tant que biomarqueurs potentiels d'imagerie de la fonction pulmonaire. Collectivement, ces caractéristiques capturent la morphologie des poumons, ainsi que les variations d'intensité, la texture fine et la texture grossière du tissu pulmonaire. Les données radiomiques pulmonaires extraites ont été comparées aux tests conventionnels de la fonction pulmonaire. En général, les patients avec des poumons plus grands de tissu pulmonaire homogène et faiblement atténuant (tel que mesuré par radiomique) se sont avérés être associés à de mauvaises performances spirométriques et à une capacité de diffusion plus faible pour le monoxyde de carbone. Le regroupement dynamique non supervisé des données a révélé des sous-ensembles de patients présentant des modèles radiomiques pulmonaires similaires qui se sont avérés associés à un volume expiratoire forcé similaire dans des mesures d'une seconde (VEMS ). Cela implique que les patients présentant des vecteurs de caractéristiques radiomiques similaires présentaient également des performances de spirométrie comparables et étaient séparables par divers degrés de fonction pulmonaire mesurés par imagerie.Translated Description (Spanish)
Resumen Las imágenes médicas contemporáneas son cada vez más cuantitativas. El campo emergente de la radiómica es un ejemplo destacado. Al traducir datos no estructurados (es decir, imágenes) en datos estructurados (es decir, características de imágenes), la radiómica puede caracterizar potencialmente fenotipos de imágenes clínicamente útiles. En este artículo, se utiliza un enfoque exploratorio de radiomía para investigar la posible asociación entre las características cuantitativas de las imágenes y la función pulmonar en las imágenes de TC. Se extrajeron treinta y nueve características radiómicas de los pulmones de 64 pacientes como posibles biomarcadores de imagen para la función pulmonar. En conjunto, estas características capturan la morfología de los pulmones, así como las variaciones de intensidad, textura fina y textura gruesa del tejido pulmonar. Los datos extraídos de radiomica pulmonar se compararon con las pruebas de función pulmonar convencionales. En general, se encontró que los pacientes con pulmones más grandes de tejido pulmonar homogéneo y de baja atenuación (medido mediante radiomía) estaban asociados con un bajo rendimiento de la espirometría y una menor capacidad de difusión de monóxido de carbono. El agrupamiento de datos dinámicos no supervisados reveló subconjuntos de pacientes con patrones radiómicos pulmonares similares que se encontraron asociados con mediciones similares de volumen espiratorio forzado en un segundo (VEF 1 ). Esto implica que los pacientes con vectores de características radiómicas similares también presentaron un rendimiento de espirometría comparable y fueron separables por grados variables de función pulmonar medidos por imágenes.Files
s41598-019-48023-5.pdf.pdf
Files
(1.6 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:c47fc0ba8fea01ce6fabdfadf9f14a83
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نهج إشعاعي استكشافي لقياس الوظيفة الرئوية في صور التصوير المقطعي المحوسب
- Translated title (French)
- Une approche radiomique exploratoire pour quantifier la fonction pulmonaire dans les images tomodensitométriques
- Translated title (Spanish)
- Un enfoque radiológico exploratorio para cuantificar la función pulmonar en imágenes de TC
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2968254627
- DOI
- 10.1038/s41598-019-48023-5
References
- https://openalex.org/W1687542094
- https://openalex.org/W1967143238
- https://openalex.org/W1970378963
- https://openalex.org/W1971532773
- https://openalex.org/W2003362427
- https://openalex.org/W2039084370
- https://openalex.org/W2044465660
- https://openalex.org/W2052355740
- https://openalex.org/W2054274648
- https://openalex.org/W2075111421
- https://openalex.org/W2089588713
- https://openalex.org/W2097475056
- https://openalex.org/W2103430291
- https://openalex.org/W2107383984
- https://openalex.org/W2113705448
- https://openalex.org/W2117684310
- https://openalex.org/W2129353364
- https://openalex.org/W2135868268
- https://openalex.org/W2144155568
- https://openalex.org/W2144854846
- https://openalex.org/W2146750453
- https://openalex.org/W2153929448
- https://openalex.org/W2155161883
- https://openalex.org/W2414064355
- https://openalex.org/W2490077707
- https://openalex.org/W2510948700
- https://openalex.org/W2606926876
- https://openalex.org/W2611003136
- https://openalex.org/W2736206297
- https://openalex.org/W2772643916
- https://openalex.org/W2801894005
- https://openalex.org/W2805529185
- https://openalex.org/W2895569591
- https://openalex.org/W2902915823
- https://openalex.org/W2962861230
- https://openalex.org/W4229933927
- https://openalex.org/W4238052850
- https://openalex.org/W4251346171
- https://openalex.org/W4255563216