Reconstruction of healthy and pathological tracheobronchial tree by CT volumetric images and subsequent analysis of morphometric measurements

Lung diseases are common and in some cases can be fatal or lead to the necessity of a pulmonary transplantation. Lung transplant is a long and complicated procedure, in fact the survival rates is 64\% after 3 years and 10\% after 10 years, with complications as rejection and stenoses. To prevent those complications CT images and morphometric measures of the airways tree can be an important tool. The most important morphometric measure is the diameter, as it affects in a tremendous way the airways resistance, an important properties of the lungs. Airways resistance can be computed throughout different models of the respiratory system that associate it to electrical and rheological representations. After the creation of a 3D model of the airways tree for each subject using ITK-snap, the diameter of each branch is measured and the mean value by generation of belonging is compute. A comparison between the healthy and pathological subjects is done for the diameters measurements, together with the computation of the airways total resistance for each subjects with a linear compartment model. Then, measurements are used as input for the ANOVA statistical test looking for interactions between the generation and the group of belonging. Results show that CT images analysis is a valuable tool for prevention of possible complications after lung transplant.

Le malattie polmonari sono molto diffuse nell'uomo, alcune possono anche essere letali o portare alla necessità di un tra-pianto polmonare. Il trapianto di polmoni è un’operazione lunga e complicata, per questo la percentuale di sopravvivenza del soggetto post-trapianto dopo 3 anni è del 64% e dopo 10 anni scende al 30%. Le complicazioni maggiori di questo tipo di operazione sono il rigetto e la stenosi. Contro complicazioni di questo genere possono essere messe in atto forme di prevenzione quali lo studio delle immagini CT e le misure morfometriche delle vie aeree. La misura morfometrica più importante è quella del diametro, poichè è fortemente correlata al calcolo della resistenza delle vie aeree, un’importante proprietà̀ dei polmoni. La resistenza può essere calcolata tramite diversi modelli che rappresentano il sistema respiratorio come un circuito elettrico o reologico. E' stato così creato un modello 3D delle vie aeree di ognuno dei 6 soggetti tramite ITK snap, è stato misurato il diametro di ogni ramo e calcolata la media per generazione di appartenenza. E’ stato fatto il confronto del diametro per i soggetti sani e i soggetti post-trapianto, con successivo calcolo della resistenza totale per ogni soggetto tramite il modello lineare a compartimenti. E’ stato poi effettuato il test statistico ANOVA per eventuali relazioni d’interesse tra la generazione e il gruppo di appartenenza.