Virtual dissection and automated polyp detection of the colon based on spiral CT — Techniques and preliminary experience on a cadaveric phantom

Summary

Background: CT colonography was found to be sensitive and specific for detection of colonic polyps and colorectal cancer (CRC). Depending on the software used, CT colonography requires a certain amount of operator interaction, which limits it’s widespread usage. The goal of this papers is to present two novel automated techniques for displaying CT colonography: virtual dissection and automated colonic polyp detection.

Methods: Virtual dissection refers to a technique where the entire colon is virtually stretched and flattened thus simulating the view on the pathologist’s table.

Colonic folds show a ‘global outward bulging of the contour’, whereas colonic polyps exhibit the inverse (‘local inward bulging’). This feature is used to map areas of ‘local inward bulging’ with colours on 3D reconstructions. A cadaveric phantom with 13 artificially inserted polyps was used for validation of both techniques.

Results: On virtual dissection all 13 inserted polyps could be identified. They appeared either as bumps or as local broadening of colonic folds. In addition, the automated colonic polyp detection algorithm was able to tag all polyps. Only 10 min of operator interaction were necessary for both techniques.

Conclusions: Virtual dissection overcomes the shortcomings of CT colonography, and automated colonic polyp detection establishes a roadmap of the polyps.

Zusammenfassung

Grundlagen: Die CT-Kolographie ermöglicht die Detektion von Kolonpolypen und kolorektalen Karzinomen. In Abhängigkeit von der verwendeten Software ist ein unterschiedlich großer Zeitaufwand notwendig, der die breite klinische Anwendung limitiert. Zweck der vorliegenden Arbeit ist die Präsentation zweier neuer Darstellungsverfahren für die CT-Kolographie: virtuelle Dissektion und automatische Detektion von Dickdarmpolypen.

Methodik: Die virtuelle Dissektion ist eine Technik, bei der das gesamte Kolon aus den Spiral-CT-Daten extrahiert, artifiziell gestreckt, in seiner Längsrichtung aufgeschnitten und ausgebreitet wird, ähnlich der Ansicht auf dem Seziertisch. Die automatische Detektion von Dickdarmpolypen basiert auf der unterschiedlichen Kurvatur des normalen Kolon und der von Polypen. Die Falten des Kolons zeigen eine uniform nach extern gerichtete Kurvatur, während Polypen eine lokal nach endoluminal gerichtete Kurvatur zeigen. Diese unterschiedliche Kurvatur wird benutzt, um polypenverdächtige Areale farbig zu markieren. Die Validierung beider Methoden erfolgte anhand von 13 Polypen, die künstlich in einem Dickdarmsegment einer Leiche implantiert wurden.

Ergebnisse: Auf Rekonstruktionen mittels virtuellen Dissektion konnten alle Polypen entweder als knopfartige Verdickungen oder als lokale Faltenverdickungen erkannt werden. Der Algorithmus zur automatischen Detektion von Kolonpolypen konnte alle 13 Polypen entsprechend farbig markieren. Der Benutzer-Zeitaufwand für beide Methoden betrug 10 Minuten.

Schlußfolgerungen: Die virtuelle Dissektion vermeidet die Nachteile bisherigen 3D-Rekonstruktionen und ein Zeitaufwand von 10 Minuten erscheint auch in der klinischen Routine vertretbar. Die Methode zur automatischen Erkennung von Dickdarmpolypen erlaubt farbige Landkarten polypenverdächtiger Areale zu erzeugen.