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Advisor(s)
Abstract(s)
There is a significant overlap in the risk factors and population at risk of lung cancer and
coronary artery disease (CAD).
Lung cancer screening (LCS) has proven to reduce cancer-related mortality, and there is
an ongoing, worldwide effort to implement LCS programmes. This will undoubtedly
increase requests for low-dose cr (LDCf) scans. Likewise, as new cr scanner technology
becomes more ubiquitous, demand for coronary cr angiography (CCTA) is also expected
to rise in this population, as cardiovascular diseases remain one of the maio causes of
morbidity and mortality in the industrialised world.
This trend creates an opportunity for dual-screening oflung cancer and CAD, which has
been suggested before but not yet investigated. The ability to screen for lung cancer using
CerA scans, could avoid unnecessary duplication of resources, improve the costeffectiveness
of screening programmes and avoid side effects of radiation exposure.
ln this thesis dissertation, I will explore the use of pulmonary nodule volumetry tools in
CCTAscans.
To approach this question, we reviewed the scientific literature on incidental findings
(IF) in CerA scans and found that pulmonary IFs are the most common despite the lack
of consensus regarding their reporting and management. The prevalence of pulmonary
IFs, mostly small pulmonary nodules, supports the premise of dual-role screening and
our research 's c1inical relevance.
Volumetry plays a crucial role in managing indetenninate pulmonary nodules. Volume
doubling time (VDT) is current1y considered the best predictor of malignancy for
indetenninate nodules and is criticaI to their management and the early diagnosis oflung
cancero However, volumetry is affected b:y numerous known influencing factors, some of
which will be relevant when comparing d ifferent scanning protocols such as LDCT and
CerA. Important1y, the volumetry tools dedicated to pulmonary nodules are not
validated in CCTA scans. This research has systematica1ly reviewed the current body of evidence regarding the
influencing factors of volumetry and consolidated the current knowledge, highlighting
its high heterogeneity and poor c1inical applicability.
I approached the question from two complernentcuy perspectives. ln the first original
study, a multiple linear regression model was used to identify the statistica11y significant
cardiopulmoncuy hemodynamic factors affecting pulmonary nodule volumetry,
including the cardiac cycle phase, the vascular distance between the main pulmonary
artery (MP A) and the nodule, and the anteroposterior and craniocaudallocation of the
nodule as it relates to hydrostatic pressure and vascular cross-sectional area,
respectively. Contrary to the results from BoIl et aI., the cardiac phase was not significant
in this study, while the other factors were.
ln the second original study, a relative Bland-Altman analysis between the sarne and
opposing cardiac phases found that measurement variability between opposing cardiac
phases was increased in a matter that could be c1inica1ly significant, potentially resulting
in false-positive growth estimation.
Based on the results from these two original studies, a model is presented explaining the
influence of cardiopulmonary hemodynamic factors of volumetry based on the
physiologica1 notion of 'transit time'. This dissertation argues that cardiopulmoncuy
events like heart failure, which could occur or resolve between two follow-up
examinations in LCS, can potentially lead to faJse positive screening results and must be
considered. To minimise measurement variability, measurements in diastole should be
consistent1y favoured when using volumetry in ECG-gated scans.
Significant gaps in current knowledge are exposed and are suggested for future research.
Existe uma sobreposição significativa na população em risco e nos fatores de risco do cancro do pulmão e na doença arterial. o rastreio do cancro do pulmão já provou conseguir reduzir a mortalidade relacionada com o cancro, e existe um esforço em curso, a nível mundial, para implementar programas de rastreio do cancro do pulmão. Estes programas irão inevitavelmente aumentar o número de pedidos de estudos de TC torácicos de baixa-dose. Da mesma forma, é igualmente expectável o aumento do número de pedidos de estudos de AngioTC das artérias coronárias nesta população, à medida que aumenta a disponibilidade de equipamentos modernos de TC, visto que as doenças cardiovasculares continuam a representar uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo industrializado. Esta tendência cria uma oportunidade para o rastreio duplo de cancro do pulmão e da doença coronária, previamente sugerida, mas ainda não adequadamente investigada. A possibilidade de realizar rastreio do cancro do pulmão utilizando estudos de AngioTC coronária poderá evitar a duplicação desnecessária de recursos, melhorar a relação custo-eficácia dos programas de rastreio e evitar os efeitos secundários da exposição desnecessária de radiação. A presente dissertação irá explorar o uso de ferramentas de volumetria de nódulos pulmonares em estudos de AngioTC coronária. Na abordagem desta questão, foi revista a literatura científica referente a achados incidentais em estudos de AngioTC coronária e identificaram-se achados incidentais pulmonares como sendo, de facto, os achados incidentais mais frequentes, apesar da falta de consenso referente à forma corno os mesmos são relatados e investigados. A prevalência de achados incidentais pulmonares, que correspondem na sua maioria a pequenos nódulos pulmonares, suporta a relevância da presente investigação e do rastreio duplo. A volumetria de nódulos pulmonares tem um papel central na investigação de nódulos pulmonares indeterminados. O tempo de duplicação de volume é atualmente considerado o melhor indicador de malignidade destes nódulos pulmonares indeterminados e crucial para o diagnóstico precoce de cancro do pulmão. No entanto, é conhecida a influência que múltiplos factores exercem no resultado das ferramentas de volumetria, alguns dos quais relevantes para descrever as diferenças entre protocolos de TC torácica de baixa dose usado no rastreio do cancro do pulmão, e o protocolo de AngioTC coronária, usado na avaliação de doença coronária. Este facto é relevante uma vez que as ferramentas de volumetria dedicada à análise de nódulos pulmonares não estão validadas no contexto da AngioTC coronária. Foi feita uma revisão sistemática da literatura referente aos factores que influenciam as ferramentas de volumetria, a qual contribuiu para consolidar a evidência científica disponível, salientar a elevada heterogeneidade entre os numerosos estudos e explicar a dificuldade da sua aplicação na prática clínica. A investigação do efeito da fase do ciclo cardíaco na volumetria de nódulos pulmonares toma duas abordagens complementares. No primeiro estudo original, foi desenvolvido um modelo de regressão linear múltipla para identificar fatores hemodinâmicos cardiopulmonares que influenciam a volumetria de nódulos pulmonares de forma estatisticamente significativa. Estes fatores incluem a fase do ciclo cardíaco, a distância vascular entre o tronco da artéria pulmonar e o nódulo, a localização do nódulo nos eixos ântero-posterior e crânio-caudal, no sentido em que se relacionam com a pressão hidrostática e a área de secção vascular. Contrariamente aos resultados apresentados pelo único estudo prévio investigando esta temática, por Boll et al., a fase do ciclo cardíaco não foi estatisticamente significativa no presente estudo, enquanto os restantes fatores o foram. No segundo estudo original, foi realizada análise de Bland-Alhnan relativa, a qual mostrou que fases opostas do ciclo cardíaco (e.g., sístole e diástole) apresentam aumento da variabilidade da medição volumétrica. Este aumento da variabilidade da medição pode ser clinicamente significativa e potencialmente resultar em falsos-positivos na avaliação do crescimento de nódulos. Com bases nestes dois estudos originais, foi apresentado um modelo que explica a influência dos fatores hemodinâmicos cardiopulmonares, como a fase do ciclo cardíaco, baseado no contexto fisiológico de 'tempo de trânsito'. A presente dissertação argumenta que eventos cardiopulmonares com a descompensação aguda de insuficiência cardíaca, a qual poderá ocorrer ou resolver no intervalo de tempo entre duas avaliações de seguimento no contexto de um programa de rastreio do cancro do pulmão, poderá induzir a um resultado falso-positivo, e deverá ser tido em consideração. De forna a minimizar a variabilidade de medição, quando realizada volumetria de nódulos pulmonares em estudos de TC sincronizado por ECG, a mesma deverá ser realizada em diâstole. A revisão sistemática realizada identificou falhas significativas no atual conhecimento neste campo, motivando futura investigação.
Existe uma sobreposição significativa na população em risco e nos fatores de risco do cancro do pulmão e na doença arterial. o rastreio do cancro do pulmão já provou conseguir reduzir a mortalidade relacionada com o cancro, e existe um esforço em curso, a nível mundial, para implementar programas de rastreio do cancro do pulmão. Estes programas irão inevitavelmente aumentar o número de pedidos de estudos de TC torácicos de baixa-dose. Da mesma forma, é igualmente expectável o aumento do número de pedidos de estudos de AngioTC das artérias coronárias nesta população, à medida que aumenta a disponibilidade de equipamentos modernos de TC, visto que as doenças cardiovasculares continuam a representar uma das principais causas de morbilidade e mortalidade no mundo industrializado. Esta tendência cria uma oportunidade para o rastreio duplo de cancro do pulmão e da doença coronária, previamente sugerida, mas ainda não adequadamente investigada. A possibilidade de realizar rastreio do cancro do pulmão utilizando estudos de AngioTC coronária poderá evitar a duplicação desnecessária de recursos, melhorar a relação custo-eficácia dos programas de rastreio e evitar os efeitos secundários da exposição desnecessária de radiação. A presente dissertação irá explorar o uso de ferramentas de volumetria de nódulos pulmonares em estudos de AngioTC coronária. Na abordagem desta questão, foi revista a literatura científica referente a achados incidentais em estudos de AngioTC coronária e identificaram-se achados incidentais pulmonares como sendo, de facto, os achados incidentais mais frequentes, apesar da falta de consenso referente à forma corno os mesmos são relatados e investigados. A prevalência de achados incidentais pulmonares, que correspondem na sua maioria a pequenos nódulos pulmonares, suporta a relevância da presente investigação e do rastreio duplo. A volumetria de nódulos pulmonares tem um papel central na investigação de nódulos pulmonares indeterminados. O tempo de duplicação de volume é atualmente considerado o melhor indicador de malignidade destes nódulos pulmonares indeterminados e crucial para o diagnóstico precoce de cancro do pulmão. No entanto, é conhecida a influência que múltiplos factores exercem no resultado das ferramentas de volumetria, alguns dos quais relevantes para descrever as diferenças entre protocolos de TC torácica de baixa dose usado no rastreio do cancro do pulmão, e o protocolo de AngioTC coronária, usado na avaliação de doença coronária. Este facto é relevante uma vez que as ferramentas de volumetria dedicada à análise de nódulos pulmonares não estão validadas no contexto da AngioTC coronária. Foi feita uma revisão sistemática da literatura referente aos factores que influenciam as ferramentas de volumetria, a qual contribuiu para consolidar a evidência científica disponível, salientar a elevada heterogeneidade entre os numerosos estudos e explicar a dificuldade da sua aplicação na prática clínica. A investigação do efeito da fase do ciclo cardíaco na volumetria de nódulos pulmonares toma duas abordagens complementares. No primeiro estudo original, foi desenvolvido um modelo de regressão linear múltipla para identificar fatores hemodinâmicos cardiopulmonares que influenciam a volumetria de nódulos pulmonares de forma estatisticamente significativa. Estes fatores incluem a fase do ciclo cardíaco, a distância vascular entre o tronco da artéria pulmonar e o nódulo, a localização do nódulo nos eixos ântero-posterior e crânio-caudal, no sentido em que se relacionam com a pressão hidrostática e a área de secção vascular. Contrariamente aos resultados apresentados pelo único estudo prévio investigando esta temática, por Boll et al., a fase do ciclo cardíaco não foi estatisticamente significativa no presente estudo, enquanto os restantes fatores o foram. No segundo estudo original, foi realizada análise de Bland-Alhnan relativa, a qual mostrou que fases opostas do ciclo cardíaco (e.g., sístole e diástole) apresentam aumento da variabilidade da medição volumétrica. Este aumento da variabilidade da medição pode ser clinicamente significativa e potencialmente resultar em falsos-positivos na avaliação do crescimento de nódulos. Com bases nestes dois estudos originais, foi apresentado um modelo que explica a influência dos fatores hemodinâmicos cardiopulmonares, como a fase do ciclo cardíaco, baseado no contexto fisiológico de 'tempo de trânsito'. A presente dissertação argumenta que eventos cardiopulmonares com a descompensação aguda de insuficiência cardíaca, a qual poderá ocorrer ou resolver no intervalo de tempo entre duas avaliações de seguimento no contexto de um programa de rastreio do cancro do pulmão, poderá induzir a um resultado falso-positivo, e deverá ser tido em consideração. De forna a minimizar a variabilidade de medição, quando realizada volumetria de nódulos pulmonares em estudos de TC sincronizado por ECG, a mesma deverá ser realizada em diâstole. A revisão sistemática realizada identificou falhas significativas no atual conhecimento neste campo, motivando futura investigação.
Description
Keywords
Cancro do pulmão Nódulo pulmonar Volumetria Hemodinâmica cardiopulmonar