Osteoporosediagnostik: ROI-basierte Topologische Auswertung der lokalen Mineralsalzverteilung auf DXA-Aufnahmen des proximalen Femurs zur Differenzierung zwischen Patienten ohne und mit Hüftfraktur

Ziele: Wir stellen einen Algorithmus vor, welcher – basierend auf der topologischen Grauwertanalyse von Bilddaten geringer Auflösung, die bei der Knochendichtemessung durch Zweienergie-Rönten-Absorptiometrie (DXA) entstehen – eine Risikoabschätzung hinsichtlich Hüftfraktur erlaubt. Hierbei werden unterschiedliche anatomische Teilregionen des proximalen Femurs, analog zur densitometrischen Auswertung, beurteilt. Das neuartige Verfahren wird hinsichtlich der Frakturvorhersage durch konventionelle Densitometrie verglichen. Methode: Ausgewertet werden DXA-Messungen von 100 post-menopausalen Patientinnen (75±12 a), bei denen in 50 Fällen eine Hüftfraktur vorliegt. Im Fall der Frakturpatienten erfolgt die DXA an der intakten Hüfte innerhalb einer Woche nach dem Trauma. Ein quantitativer Bildverarbeitungsalgorithmus zur topologischen Analyse der Grauwert- bzw. Mineraldichteverteilung von DXA-Scan-Bildern, welcher auf den Minkowski-Funktionalen (MF) basiert, wird analog zur DXA auf vier standardisierte Bildausschnitte (ROIs) im Bereich des Schenkelhalses, des Schaftes, der Trochanter-Region und des gesamten proximalen Femurs („total femur“) angewendet. Aus der Spektraldarstellung der MF jedes Bilddatensatzes wird ein Parameter MF2D extrahiert und in Beziehung zur Diagnose gesetzt. Wir verwenden die ROC- und Diskriminanzanalyse zur Erfassung der prädiktiven Wertigkeit unseres Verfahrens hinsichtlich korrekter Differenzierung zwischen Patientinnen mit/ohne Hüftfraktur und vergleichen das Resultat mit der Knochendichte. Ergebnis: Durch Diskriminanzanalyse können wir zeigen, dass aufgrund der BMD in der „total femur“-ROI sowie am Schaft 68% der Patienten korrekt der Gruppe ohne/mit Fraktur zuordnet werden. Durch topologische Grauwertanalyse der „total femur“-ROI werden 85% der Fälle richtig klassifiziert. Die ROC-Analyse ergibt für die BMD-Auswertung der gesamten proximalen Schenkelregion [die Schaft-ROI] eine Fläche unter der Kurve (AUC) von 0.7 [0.71] und im Fall der topologischen Evaluation ein AUC von 0.85 für die „total femur“-ROI. Schlussfolgerung: Die topologische Analyse der lokalen Grauwertverteilung von DXA-Scan-Bildern ist gut geeignet, zwischen Patienten ohne und mit erhöhtem Frakturrisiko des proximalen Femurs zu differenzieren. Die prädiktive Wertigkeit der neuen Methode übertrifft hierbei die Risikovorhersage der Knochendensitometrie durch DXA.

Korrespondierender Autor: Böhm H

Universität München, Radiologie, Gräfelfinger Str. 109, 81375 München

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