MRT-basierte automatische Nierensegmentierung und daraus abgeleitete Marker: Eine Auswertung der bevölkerungsweiten NAKO Gesundheitsstudie

HINTERGRUND: Die automatische und akkurate Segmentierung der Niere und ihrer Kompartimente Kortex, Medulla und Sinus ist eine Voraussetzung für die bevölkerungsweite Erforschung potenziell neuer bildgebungsbasierter Biomarker der Niere. METHODE: Wir haben ein robustes Deep-Learning-Framework zur (Sub-)Segmentierung der Niere entwickelt, das auf einem hierarchischen 3-D „convolutional neural network“ (CNN) basiert. Das CNN ist für mehrskalige Probleme der kombinierten Lokalisation und Segmentierung optimiert und wurde auf abdominale Magnetresonanztomografien aus der bevölkerungsbasierten NAKO Gesundheitsstudie angewendet. ERGEBNISSE: Die Übereinstimmung zwischen Modellvorhersagen und manuellen Segmentierungen war gut bis ausgezeichnet. Die Medianwerte für das auf die Körperoberfläche normierte Volumen von Gesamtniere, Kortex, Medulla und Sinus bei 9 934 Probandinnen und Probanden betrugen 158, 115, 43 und 24 mL/m2. Die Verteilungen dieser Marker wurden sowohl für die Gesamtpopulation als auch für eine Subgruppe von Personen ohne Nierenerkrankung oder damit in Beziehung stehenden Erkrankungen errechnet. Multivariable adjustierte Regressionsanalysen zeigten, dass Diabetes mellitus, männliches Geschlecht und eine höhere geschätzte glomeruläre Filtrationsrate (eGFR, „estimated glomerular filtration rate“) wichtige Prädiktoren für ein höheres Gesamt- und Kortexvolumen waren. Zum Beispiel war jeder Anstieg der glomerulären Filtrationsrate (GFR) um eine Einheit (das heißt um 1 mL/min pro 1,73 m2 Körperoberfläche) mit einer signifikanten Zunahme des Gesamtnierenvolumens um 0,98 mL/m2 verbunden. Die Volumina waren bei Personen mit chronischer Nierenerkrankung niedriger als bei denjenigen ohne. SCHLUSSFOLGERUNG: Die Extraktion von bildbasierten Biomarkern durch CNN-basierte Sub-Segmentierung der Niere mit Daten aus einer populationsbasierten Studie liefert verlässliche Ergebnisse und bildet eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen.