Master's Thesis

Analysis of Multiple Myelomas in Dual-Energy CT Based Vertebral Data

Final Thesis 8.62 MB Appendix 2.57 MB Appendix 2.13 MB

Author of thesis: Bc. Lukáš Rišian

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Roman Jakubíček, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Ing. Marek Dostál, Ph.D.

Abstract:

This study focuses on the analysis of spinal involvement in multiple myeloma based on dual-energy CT data and radiomic features. The analysis was performed on clinical datasets containing multiple spectral CT reconstructions. At the level of the spine, individual vertebrae, and myeloma lesions, radiomic features describing the intensity, texture, and morphological properties of the analyzed structures were extracted and subsequently processed using statistical methods, feature selection algorithms, and machine learning models. In addition to analyzing the relationships between imaging and clinical parameters, the study also focuses on experiments aimed at texture analysis, patient clustering, vertebral and shape analysis of lesions, longitudinal monitoring of radiomic trends, and comparison of healthy and pathological tissues. The main objective of the thesis is to explore the potential of radiomic analysis and spectral DECT imaging for the quantitative assessment, classification, and monitoring of disease.

Keywords:

multiple myeloma, dual-energy CT, spine, radiomics, spectral CT reconstructions, virtual non-calcific images, virtual monoenergetic images, radiomic features, machine learning, clinical data

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student předložil doplňující dokumenty k etické komisi Doc. Šafránek položil otázku: Používal jste konkrétní statistický software pro analýzy? Do jaké míry je analýza reprodukovatelná? Prof. Provazník položila otázku: Čím je daný nárůst a pokles parametru v rámci follow-up 4 měření u jednoho pacienta? Co znamená "teoreticky" u zlepšení v rámci follow-upu? Ing. Němcová položila otázku: Čím je dána "neschodovitost" boxplotů v rámci 3 skupin pacientů u parametru Flattnes Mean? Proč není vidět trend mezi první a druhou skupinou u vývoje stádií? Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Engineering and Bioinformatics (MPC-BTB)

Composition of Committee

doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Markéta Jakubíčková, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Jakubíček, Ph.D. (člen)
Ing. Andrea Němcová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Roman Jakubíček, Ph.D.

Student se práci věnoval aktivně po celou dobu řešení, pravidelně docházel na konzultace a aktivně se zapojoval do diskuze nad dosaženými výsledky i dalším směřováním práce. Oceňuji jeho vlastní iniciativu při návrhu analýz a snahu všechny dílčí kroky průběžně ověřovat a dále rozpracovávat. Teoretická část poskytuje odpovídající základ pro řešenou problematiku. Text je přehledný, srozumitelný, psaný v anglickém jazyce bez zjevných formálních nedostatků s minimem typografických chyb a doplněný relevantními citacemi. Místy je text spíše popisný, což však souvisí s náročností a rozsahem řešeného tématu. V praktické části student provedl rozsáhlé množství experimentů a analýz, přičemž zvolená metodika je vždy popsána a odůvodněna. Výsledky jsou přehledně prezentovány pomocí grafů, tabulek a vhodné infografiky. Některé analýzy by bylo možné považovat za méně přínosné a text dále zestručnit a někde naopak doplnit o další metriky či analýzy. Nicméně tento rozsah dobře reflektuje množství odvedené práce. Byť student zmiňuje i limitace provedených analýz, ty jsou však formulovány spíše obecně a zasloužily by si místy hlubší rozbor. Přesto práce přináší zajímavé prvotní poznatky s potenciálem dalšího rozpracování a možného publikačního využití. Práce tak představuje cenný explorativní vhled do dat v rámci výzkumného projektu ve spolupráci s FN Brno.

Celkově je práce na velmi dobré úrovni, zadání považuji za splněné a hodnotím práci jako zdařilou. Hodnotím stupněm A – 92 bodů. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

V této diplomové práci se student zabývá komplexním studiem dat z DECT u pacientů s MM. Práce je dobře strukturovaná, kde se nejprve zabývá analýzou celé páteře, následně jednotlivých obratlů a pak z pohledu jednotlivých ložisek.
Z formálního hlediska mi chybí informace (nebo jsem je přehlédl), jestli data byla anonymizována, jestli pacienti podepsali informovaný souhlas, jestli nemocnice souhlasila s uveřejněním dat a poděkování za jejich poskytnutí (u datasetů B+C, dataset A je volně přístupný). Taktéž chybí informace o zdravých dobrovolnících, jestli byl udělen souhlas etické komise k jejich vyšetření pomocí CT a tudíž jejich “zbytečnému” ozáření. V úvodní kapitole jsem nedohledal uvedení čtenáře do problematiky BMD, takže je na čtenáři si dohledat/domyslet, jaký vliv mohou mít ložiska MM na hodnoty BMD a v pozdějších kapitolách bylo pouze konstatováno, že byl vypočten i tento parametr pomocí metody X. Pokud by bylo vhodně rozebráno, pak by měl student diskutovat vliv věku a pohlaví na tento parametr. Jazyková úroveň a množství typografických chyb je přiměřená délce textu (např. tab 4.11 v popisku tabulky uvedeno, že červeně jsou zvýrazněny nejvyšší hodnoty, ale v tabulce jsou zvýrazněny nejnižší hodnoty + záměna desetinné tečky a čárky atp.).
Výstupy mají klinický potenciál, hlavně kapitola dlouhodobého sledování je velmi zajímavá, přestože je limitovaná menším počtem subjektů a omezené znalosti laboratorních testů, ale student pracoval s reálnými daty, které bohužel nemají vždy všechny informace, které bychom rádi měli a poradil si s touto situací dobře.
Z klinického pohledu postrádám nejběžněji používané analýzy (a kterým klinici budou rozumět nejlépe) a těmi jsou například ROC analýza nebo jiné metody pro stanovení skutečné/falešné pozitivity/negativity testů a z nich vypočtené senzitivit a specificity při diferenciaci různých patologií/stadií onemocnění. Např. u obrázku 5.18 jde vidět, že konvenční CT (b) dosahuje 100% senzitivity i specificity při hodnotě thresholdu parametru “orig_1st_ord_10Perc” okolo 150 (dokonalé odlišení obou kategorií, navíc často u grafů chybí jednotky veličin (jedná se o 10. percentil konvenčního CT, takže zde HU)), což například z dat “VMI40” (a) dosáhnout nejde, protože v kategorii zdravých se jeden subjekt překrývá s MM (s minimální hodnotou parametru) (obdobně lze pozorovat i na obr. 5.17). Při použití obdoby ROC by student musel uvést, že v tomto případě je konvenční CT lepší volbou než DECT obrazy, což jsem v textu nenašel a bylo ponecháno na čtenáři. Obdobně i u obr 4.6. by bylo zajímavé stanovit thresholdy a TP/FP/TN/FN pro clinical risk score.
Celkově ovšem student odvedl velký kus práce s komplexním přístupem a tato práce je velmi cenným začátkem pro tvorbu metodiky pro přesnější charakterizaci MM postižení. Uděluji bodové hodnocení 82 (B – velmi dobře). Topics for thesis defence:
  1. 1) Prosím studenta o upřesnění pojmu zdravý subjekt, hlavně z pohledu etického a radiační ochrany. 
  2. 2) Můžete prosím přiblížit jaký vliv může mít věk a pohlaví na hodnoty parametru BMD a jestli/jak by to mohlo zkreslit Vámi provedenou analýzu?
Points proposed by reviewer: 82

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová