Quantitative computed tomography analysis of emphysema severity and distribution in chronic obstructive lung disease, correlation with clinical findings

Abstract

Introduction: This study aimed to evaluate the correlation between different densitometric parameters on chest computed tomography (CT) and pulmonary function tests (PFT) of patients with emphysema-predominant chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Materials and methods: A retrospective evaluation was made of 56 patients with COPD. The lungs were segmented into nine sections. Normal and emphysematous parenchyma were measured using low attenuation area percentage (%LAA), percentile density (PD), and mean lung density (MLD) parameters. The effects of emphysema distribution on PFT were evaluated using %LAA, PD, MLD, kurtosis and skewness methods. Result: Fifty-six patients, all diagnosed with COPD, were evaluated. The %LAA-910 method showed significant correlation with forced expiratory volume in one second (FEV1) compared to other densitometric parameters (p= <0.001, r= -0.556). Other densitometric parameters differed between segments in terms of sensitivity for FEV1. It was determined that right lung mid-zone segment involvement affected FEV1 more than other segments when the %LAA -910 method was used (p= <0.001, r= -0.569). %LAA -950 had the largest area under the curve in ROC curve analysis and was determined to have 2.2% diagnostic property for predicting Global Initiative for Obstructive Lung Disease (GOLD) AB-CD staging (sensitivity 81%, specificity 74%). Conclusions: Quantitative analysis is an objective method for determining the distribution and severity of emphysema. There was a significant correlation between densitometry and PFT values. Quantitative analysis may be considered suitable for use in evaluating the severity of emphysema and predicting the clinical findings of patients.Kronik obstrüktif akciğer hastalığında bilgisayarlı tomografide amfizem miktarı ve dağılımının kantitatif yöntemlerle değerlendirilmesi ve klinik bulguları ile korelasyonu Giriş: Çalışmamızda amfizem predominant tip kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) olan hastaların toraks bilgisayarlı tomografi (BT) tetkiklerinde farklı kantitatif parametreleri kullanarak solunum fonksiyon testi ile korelasyonunu arasındaki ilişkiyi değerlendirmeyi amaçladık. Materyal ve Metod: Çalışmamız retrospektif olarak gerçekleştirildi. Çalışmaya KOAH tanısı olan 56 hastası dahil edildi. Toraks BT görüntüleri dokuz bölgeye segmente edildi. Ayrılan zonlarda normal parankim ve amfizem alanların vokselleri kantitatif ölçümler ile düşük atenüasyonlu alan yüzdesi (%LAA), persentil dansite değeri (PD), ortalama akciğer dansitesi (MLD) olarak ölçüldü. %LAA metodunda farklı Hounsfield Unit (HU) değerlerinin duyarlılığını belirlemek için -950 HU, -925 HU, -910 HU eşik değerleri kullanıldı. PD metodunda farklı eşik değerlerinin duyarlılığını belirlemek için PD 10 ve PD 15 eşik değerleri kullanıldı. Hastaların histogram analizi yapılarak skewness ve kurtosis değerleri ölçüldü. Kantitatif parametrelerden %LAA, PD, MLD, kurtosis ve skewness değerleri kullanılarak hastanın amfizemin dağılımının SFT üzerine etkisi araştırıldı. Tüm akciğer %LAA -950, %LAA -925, %LAA -910, persentil 10, persentil 15 ve MLD değerlerinin GOLD ABCD evrelemesini öngörmede tanısal karar verdirici özellikleri ROC eğrisi analiziyle incelendi. Bulgular: Tüm segmentler değerlendirildiğinde dansitometrik değerlerden LAA% -910 diğer parametrelere kıyasla zorlu ekspirasyonun birinci saniyesinde atılan volümü (FEV1) ile daha yüksek korelasyon gösterdi (p= <0,001, r= -0,556). LAA% -910 metodunda, sağ akciğer orta zon segmentinin tutulumunun FEV1 değerini diğer segmentlere kıyasla daha çok etkilemektedir (p= <0,001, r= -0,569). GOLD ABCD evrelemesini öngörmede tanısal karar verdirici özellikleri ROC eğrisi analizinde eğri altı alan en büyük olan %LAA -950 için %2,20 (duyarlılık %81, özgüllük %74) olarak bulundu. Sonuç: Toraks BT kantitatif analizler amfizem yaygınlığını ve şiddetini belirlemede objektif sonuçlar vermektedir. Kantitatif bilgisayarlı Tomoagrafi analizi ile SFT değerleri arasında anlamlı korelasyon mevcuttur. Kantitatif analizlerin amfizem şiddetini değerlendirmede ve hastanın mevcut klinik bulgularını öngörmede kullanılabileceğini düşünmekteyiz.