Artículo de método

Análisis del espectro multifractal para evaluar la neoplasia maligna de nódulos pulmonares

DOI:

10.3791/67990

10 de enero de 2025

En este artículo

Resumen

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En este estudio se presenta el análisis del espectro multifractal para evaluar la malignidad de los nódulos pulmonares. Utilizando datos de CT-DICOM, el método calcula las dimensiones fractales a través de múltiples escalas de vóxeles, revelando diferencias significativas entre los nódulos pulmonares en etapa temprana y tardía.

Resumen

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La evaluación no invasiva de la neoplasia maligna de los nódulos pulmonares sigue siendo un desafío crítico en el diagnóstico del cáncer de pulmón. Los métodos tradicionales a menudo carecen de precisión para diferenciar los nódulos benignos de los malignos, particularmente en las primeras etapas. Este estudio presenta un enfoque que utiliza el análisis de espectro multifractal para evaluar cuantitativamente las características de los nódulos pulmonares.

Se desarrolló un protocolo basado en fractales para procesar datos de tomografía computarizada (TC) e imágenes digitales y comunicaciones en medicina (DICOM), lo que permite la visualización tridimensional (3D) y el análisis del espectro multifractal del nódulo pulmonar. El método implica la reconstrucción de volúmenes en 3D, la delineación precisa del ROI y el cálculo de las dimensiones fractales en múltiples escalas. Se calcularon espectros multifractales para los nódulos de adenocarcinoma de pulmón en estadio temprano y tardío, y se realizó un análisis comparativo mediante la cuantificación de la herramienta de punta de datos.

El análisis reveló que la dimensión fractal de la matriz digital 3D de un nódulo pulmonar varía continuamente con diferentes escalas de vóxeles, formando un espectro multifractal distintivo. Se observaron diferencias significativas entre los nódulos en estadio temprano y tardío. Los nódulos en etapa tardía mostraron un rango de escala más amplio (eje X más largo) y puntos extremos más altos en sus espectros multifractales. Estas distinciones se confirmaron cuantitativamente, lo que indica el potencial del método para una estadificación precisa.

El análisis del espectro multifractal proporciona un método cuantitativo altamente significativo y preciso para la estadificación de los nódulos pulmonares, diferenciando eficazmente entre casos benignos y malignos. Esta técnica no invasiva es prometedora para mejorar el diagnóstico precoz y la estadificación precisa del cáncer de pulmón, lo que podría mejorar la toma de decisiones clínicas en oncología pulmonar.

Introducción

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El cáncer de pulmón sigue siendo una de las principales causas de muerte relacionadas con el cáncer en todo el mundo, y la detección precoz y el diagnóstico preciso desempeñan un papel crucial en la mejorade los resultados de los pacientes. Los nódulos pulmonares, a menudo detectados de forma incidental o a través de programas de detección, presentan un desafío diagnóstico significativo para los médicos. La capacidad de diferenciar entre nódulos benignos y malignos, particularmente en sus primeras etapas, es primordial para una intervención oportuna y un manejo adecuado2.

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Protocolo

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Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital de Dongzhimen, afiliado a la Universidad de Medicina China de Beijing (2024DZMEC-165-02). El paciente fue reclutado de la Clínica Ambulatoria de Fiebre del Hospital de Dongzhimen. Los pacientes dieron su consentimiento informado para su diagnóstico a través de la modelación digital y autorizaron el uso de sus datos con fines de investigación científica. La función de reconstrucción del modelo se deriva de una herramienta de software disponible comercialmente (ver Tabla de Materiales).

1. Preparación y visualización de datos....

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Resultados

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La Figura 1 utiliza una reconstrucción de volumen en 3D de la secuencia de TC torácica del paciente, lo que permite una visualización y localización convenientes de los nódulos pulmonares del sujeto. La herramienta de sugerencia de datos puede delinear de manera efectiva la región de interés (ROI) del nódulo de interés (Figura 2). La Figura 3 proporciona una estructura digitalizada del espacio de intensidad 3D del nódulo.

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Discusión

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El análisis de espectro multifractal presentado en este estudio representa un avance significativo en la evaluación no invasiva de la neoplasia maligna de nódulos pulmonares. Este método ofrece ventajas importantes y aborda las limitaciones clave en los enfoques existentes para el diagnóstico y la estadificación de los nódulos pulmonares17.

Los pasos críticos en el protocolo incluyen la reconstrucción precisa en 3D de los datos CT-DICOM.......

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Divulgaciones

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La herramienta de software para el espectro multifractal para evaluar nódulos pulmonares, Multifractal Spectrum V1.0, es un producto de Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co., Ltd. Los derechos de propiedad intelectual de esta herramienta de software pertenecen a la empresa. Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.

Agradecimientos

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Esta investigación contó con el apoyo del Proyecto Piloto de Mejora de la Capacidad de Transformación de la Investigación Clínica y los Logros (DZMG-MLZY-23008) del Hospital Dongzhimen de la Universidad de Medicina China de Beijing, y el Proyecto de Fondo de Puesta en Marcha para Nuevos Profesores (2024-BUCMXJKY-052) de la Universidad de Medicina China de Beijing.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
MATLABMathWorks2022BComputación y visualización
Software de espectro multifractalEntropía inteligente, Pekín Entropía inteligente Ciencia y Tecnología Co Ltd.Modelado V1.0para la fusión de TC/RM

Referencias

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  1. Naik, A., Edla, D. R., Dharavath, R. Prediction of malignancy in lung nodules using a combination of deep, fractal, and gray-level co-occurrence matrix features. Big Data. 9 (6), 480-498 (2021).
  2. Al-Kadi, O. S.

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Etiquetas

Dimensi n fractalim genes de TCdatos DICOMreconstrucci n volum trica 3Dregi n de inter sadenocarcinoma de pulm nan lisis morfol gicoevaluaci n no invasiva

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