葉華容 楊 怡 林 萱 舒志成 朱長才 許珊丹△
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高頻彩超特征診斷乳腺癌中的應(yīng)用*
葉華容1楊 怡1林 萱1舒志成1朱長才2許珊丹2△
目的 本研究選取乳腺癌和良性腫塊為研究對(duì)象,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高頻彩超乳腺癌診斷模型,為乳腺癌早期診斷提供科學(xué)方法。方法 運(yùn)用SPSSClementine11.1,以高頻彩超影像特征指標(biāo)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入層,以病理學(xué)診斷是否為乳腺癌作為輸出層,通過訓(xùn)練樣本建立高頻彩超特征診斷乳腺癌的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。結(jié)果 在利用高頻彩超影像特征診斷乳腺癌時(shí),影響最大的是包膜、蟹足或毛刺,其次是后方回聲、血流、邊界、回聲均勻與否,而內(nèi)部回聲、形態(tài)、砂粒狀微鈣化、腋窩淋巴結(jié)等是相對(duì)次要因素。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、靈敏度和特異度分別為96.9%、95.5%和97.6%。結(jié)論 利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高頻彩超特征診斷乳腺癌效果較好,有進(jìn)一步研究的價(jià)值。
乳腺癌 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 高頻彩超
乳腺癌是女性主要惡性腫瘤之一,其發(fā)病率和死亡率不斷上升,對(duì)女性的健康造成嚴(yán)重危害。早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷是治療乳腺癌、提高乳腺癌生存率的關(guān)鍵[1]。彩色多普勒超聲檢測(cè)是現(xiàn)階段使用較多且效果較好的乳腺良惡性腫瘤鑒別方法,與其他病理檢查比較,高頻彩超具有無痛、無創(chuàng)、直觀、價(jià)廉及重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì),與常規(guī)乳腺X攝影比較,高頻彩超具有安全、方便、無射線損害、廉價(jià)、不受年齡限制等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]。本研究收集良惡患者彩色多普勒超聲的特征,通過建立高頻彩超特征診斷乳腺癌的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,為乳腺癌早期診斷提供科學(xué)方法和借鑒。
1.資料來源
收集武漢市某三甲醫(yī)院2011年1月~2014年3月以乳腺腫塊住院患者資料,入選病例術(shù)前行高頻彩超檢查并經(jīng)病理檢查,共計(jì)216例,均為女性,年齡20~86歲,腫塊大小0.7~6.0cm。多數(shù)患者無明顯自覺癥狀,多為常規(guī)體檢中發(fā)現(xiàn)乳腺腫塊就診,少數(shù)患者自覺乳房脹痛而就診。其中,良性乳腺病例144例,占66.7%,惡性病例72例,占33.3%。
2.統(tǒng)計(jì)分析方法
利用EPIDATA3.0建立數(shù)據(jù)庫,利用SPSS Clementine 11.1進(jìn)行 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬,以 Xi(i=1,2,…,n)為輸入神經(jīng)元,Y為輸出神經(jīng)元,建立三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),包括輸入層、隱含層和輸出層。
1.良惡性腫瘤的超聲表現(xiàn)
對(duì)216例乳腺腫塊的形態(tài)、邊界、有無包膜、蟹足或毛刺、內(nèi)部回聲、回聲均勻與否、后方回聲、砂粒狀微鈣化、血流、腋窩淋巴結(jié)腫大等10個(gè)特征按照乳腺腫塊術(shù)后病理檢查結(jié)果進(jìn)行分類,結(jié)果顯示良性組和惡性組的這10個(gè)影像特征均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p<0.001)。結(jié)果見表1。
表1 良性組及惡性組彩色多普勒超聲表現(xiàn)
2.高頻彩超特征診斷乳腺癌的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立
本研究在建模過程中對(duì)樣本進(jìn)行拆分,按照默認(rèn)的7:3比例形成訓(xùn)練集和驗(yàn)證集,總樣本為216例,其中訓(xùn)練集樣本數(shù)為152例,測(cè)試集樣本數(shù)為64例。選取10個(gè)乳腺癌超聲特征指標(biāo)(X1~X10)作為自變量,以年齡(對(duì)年齡離散化,在SPSS軟件中設(shè)定測(cè)量尺度為有序)作為協(xié)變量,以Y(病例性質(zhì)良性=0,惡性=1)作為因變量建立模型。最終建立的模型隱含層包括4個(gè)神經(jīng)元。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的自變量重要性見表2。
表2 自變量病理結(jié)果的重要性列表
3.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型擬合的效果
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性為96.9%,靈敏度為95.5%,特異度為97.6%。
表3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型擬合效果的分類百分比
1.對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果的解釋
本研究顯示,在利用高頻彩超影像特征診斷乳腺癌時(shí),影響最大的是包膜、蟹足或毛刺,其次是后方回聲、血流、邊界、回聲均勻與否,而內(nèi)部回聲、形態(tài)、砂粒狀微鈣化、腋窩淋巴結(jié)等是相對(duì)次要因素。
包膜、蟹足或毛刺是最為重要的影響因素,重要性分別達(dá)到100.0%和75.0%。臨床上良性腫塊呈膨脹性生長,周圍可見明顯包膜回聲。惡性腫塊多是浸潤性生長,呈放射狀浸入周圍組織內(nèi),而在影像特征上表現(xiàn)為包膜不清,可見蟹足或毛刺,該項(xiàng)特征無論在鉬靶檢查還是超聲檢查中,均是明確提示腫瘤浸潤的征象,尤其是浸潤性導(dǎo)管癌。即便是小的惡性結(jié)節(jié)其周邊也常常有毛刺出現(xiàn),只是相對(duì)于較大惡性腫瘤,小結(jié)節(jié)的毛刺較微小、較短、較為細(xì)密[3]。在本研究模型中,無包膜、有蟹足或毛刺形成均提示具有較大的危險(xiǎn)性,與相關(guān)研究一致[3-4]。
后方回聲、血流、邊界、回聲均勻與否的重要性分別為46.7%、45.8%、41.3%和30.2%。腫塊內(nèi)部回聲反映腫塊內(nèi)病理變化,腫塊內(nèi)部回聲不均勻、后方回聲衰減是乳腺癌的特征之一,由于其內(nèi)部密度不均勻,因此超聲上表現(xiàn)為內(nèi)部回聲不均,同時(shí),由于惡性腫塊常伴有針尖樣的鈣化,因此超聲上顯示為惡性腫瘤所特有的密集的強(qiáng)回聲點(diǎn),而良性腫塊多表現(xiàn)為內(nèi)部回聲均勻、后方回聲增強(qiáng)或不變等。血流信號(hào),即血流的豐富程度,惡性腫塊的血供較良性腫塊豐富,前者多為2~3級(jí)血流,后者多為0~1級(jí)血流[4]。
2.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的確定
常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法要求被分析變量滿足正態(tài)性、獨(dú)立性的條件,而且其在處理復(fù)雜非線性問題時(shí)存在一定的局限。而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射系統(tǒng),對(duì)被分析變量沒有任何要求,而且BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模型的信息含量、結(jié)果的合理性方面有明顯優(yōu)勢(shì)[5]。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定是建模過程的一大難點(diǎn),尤其是隱含層神經(jīng)元數(shù)目的確定目前尚無有效的指導(dǎo)方法。隱含層神經(jīng)元數(shù)目過少,建立的模型過于簡單,對(duì)于數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律提取不足,從而導(dǎo)致擬合不足;神經(jīng)元數(shù)目過多,則建立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又可能過于復(fù)雜,導(dǎo)致過度擬合現(xiàn)象[6]。兩種情況均會(huì)降低模型的泛化能力,影響其應(yīng)用價(jià)值。通過反復(fù)嘗試,對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擬合效果進(jìn)行評(píng)價(jià),從中選擇最優(yōu)模型。
3.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在臨床中的推廣應(yīng)用
生命現(xiàn)象是錯(cuò)綜復(fù)雜的,為了揭示各種現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的規(guī)律,當(dāng)前的臨床醫(yī)學(xué)與預(yù)防醫(yī)學(xué)開展了大量研究并取得了豐富的數(shù)據(jù),如何采取合理的數(shù)學(xué)模型利用這些數(shù)據(jù)對(duì)疾病進(jìn)行前瞻性預(yù)測(cè)成為目前醫(yī)學(xué)工作者的重要工作之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型因具較好的預(yù)測(cè)能力、較快的運(yùn)算速度、良好的穩(wěn)定性、解決復(fù)雜非線性關(guān)系的能力,在預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方面顯示出優(yōu)越性和合理性,從而具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[7]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為臨床實(shí)踐研究提供了新方法,臨床醫(yī)生應(yīng)將其運(yùn)用到臨床實(shí)踐中去,結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)常用軟件來探索BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立。由于疾病的預(yù)測(cè)是一種前瞻性的研究方法,模型預(yù)測(cè)的結(jié)果是否符合客觀實(shí)際,是否對(duì)臨床診斷有所幫助還要經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用來檢驗(yàn),有待于進(jìn)一步研究[8]。
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*:武漢市臨床醫(yī)學(xué)科研項(xiàng)目(WX14B31)
1.華潤武鋼總醫(yī)院超聲科(430080)
2.武漢科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院(430065)
△通信作者:許珊丹,E-mail:shandan_xu@163.com
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