COPDにおける縦断的CT線維化特徴の永続ホモロジー解析

科学分野:

• 医用画像解析;トポロジカルデータ解析;呼吸器内科学

背景:

• 慢性閉塞性肺疾患（COPD）では、線維症と肺気腫がしばしば併存し、コンピューテッドトモグラフィー（CT）での定量化に課題をもたらしている。;永続ホモロジー（PH）は、トポロジカルデータ解析法であり、グレースケール画像から構造的特徴を抽出する方法を提供する。;本研究では、PHを用いてCOPD患者の肺気腫性および非肺気腫性肺の両方における線維化病変を定量化した。

研究 の 目的:

• CTスキャン上のPHを用いてCOPD患者の線維化病変を定量化すること。;COPDにおけるPHベースの線維症定量化の臨床的意義を調査すること。;PH由来の線維症測定値とCOPD予後との関連を評価すること。

主な方法:

• 対象者は、肺がんスクリーニング（LCS）コホートおよび2つのCOPDコホート（京都大学[KU]および京都姫路）から募集された。;永続ホモロジー（PH）を用いて、CT値パターンと空間トポロジーに基づいてボクセルを線維性または非線維性に分類した。;線維性肺容量の割合（PH線維症%）を算出し、間質性肺疾患（ILA）およびCOPD予後との相関を調べた。

主要な成果:

• 高いPH線維症%は、LCSおよびKUコホートにおけるILAと相関した。;ベースラインのPH線維症%の増加は、両方のCOPDコホート（KU HR: 1.39; 京都姫路HR: 3.35）における将来の増悪リスクと独立して関連していた。;高いPH線維症%は、KUコホート（HR: 1.94）における死亡率の増加と関連し、京都姫路コホート（HR: 1.86）では同様の傾向を示した。PH線維症%の縦断的増加は、増悪と死亡率に関連していた。

結論:

• 永続ホモロジー（PH）は、CTスキャン上の線維化病変を効果的に定量化する。;PH線維症%は、COPD患者の予後画像バイオマーカーとして有望である。;この技術は、COPDの疾患重症度の評価と予後の予測に役立つ可能性がある。