超聲影像紋理分析預(yù)測(cè)甲狀腺癌頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的價(jià)值

陳玲玲，龔元淑

(江蘇省人民醫(yī)院浦口分院 超聲科，江蘇 南京 211800)

甲狀腺癌是臨床上最常見的惡性腫瘤之一，占全身惡性腫瘤的 1%～1.5%，且發(fā)病率逐年上升[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，甲狀腺癌頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移比例高達(dá)50%～70%，雖然頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移對(duì)整體生存率影響不大，但卻是疾病復(fù)發(fā)的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素，復(fù)發(fā)不僅影響患者生存質(zhì)量，更會(huì)帶來諸如再次手術(shù)創(chuàng)傷、手術(shù)難度增大、預(yù)后不良等問題，因此，術(shù)前準(zhǔn)確的定性診斷及病灶定位，對(duì)手術(shù)方式選擇和預(yù)后判斷具有重要意義[3]。超聲作為甲狀腺檢查最主要的影像學(xué)手段，其在甲狀腺癌及其頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷方面具有重要的價(jià)值[4-5]。然而，受超聲醫(yī)師掃查技巧、診斷經(jīng)驗(yàn)等的影響，部分甲狀腺癌頸部轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)易漏診。本研究通過對(duì)106例經(jīng)病理證實(shí)的甲狀腺癌患者的超聲影像進(jìn)行紋理分析，提取肉眼無法觀察的紋理特征參數(shù)，探討其對(duì)甲狀腺癌頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年1月至2020年8月江蘇省人民醫(yī)院浦口分院確診的甲狀腺癌患者106例，其中男32例，女74例，年齡20～61歲，平均(37.60±11.45)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1) 符合《甲狀腺癌診療規(guī)范》[6]中相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2) 首次發(fā)現(xiàn)的甲狀腺癌；(3) 經(jīng)手術(shù)病理診斷，有明確的診斷結(jié)果；(4) 超聲影像資料完整、可靠。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1) 超聲影像不規(guī)范；(2) 無病理結(jié)果或穿刺獲取的病理結(jié)果；(3) 病灶為多發(fā)或合并其他部位惡性腫瘤。

1.2 儀器與檢查方法

采用西門子ACUSON OXANA 2彩色多普勒超聲診斷儀，探頭頻率為7.5～12.0 MHz?；颊呷⊙雠P位，充分暴露頸部，采用橫斷面和縱斷面相結(jié)合的掃查方法對(duì)甲狀腺病灶進(jìn)行多切面、多角度觀察。在超聲二維影像的基礎(chǔ)上，行彩色多普勒超聲檢查，觀察病灶內(nèi)部及周邊血流情況。甲狀腺掃查完成后，對(duì)雙側(cè)頸部進(jìn)行全面掃查，觀察淋巴結(jié)的大小、形態(tài)、內(nèi)部回聲以及血流等。超聲影像資料的采集由具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師進(jìn)行。

1.3 超聲醫(yī)師評(píng)估

甲狀腺癌是否伴有頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評(píng)估由兩名具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師進(jìn)行，將頸部具有以下超聲特征的淋巴結(jié)評(píng)估為轉(zhuǎn)移性：(1) 淋巴結(jié)形態(tài)飽滿，即縱橫比超過0.5；(2) 內(nèi)部呈不均勻回聲改變；(3) 局灶性高回聲、細(xì)小囊變暗區(qū)、鈣化等；(4) 內(nèi)部呈離心性血流信號(hào)或呈皮質(zhì)較豐富的不規(guī)則血流信號(hào)[7]。對(duì)于不符合以上標(biāo)準(zhǔn)淋巴結(jié)則評(píng)估為非轉(zhuǎn)移性。評(píng)估后將超聲醫(yī)師評(píng)估結(jié)果與術(shù)后病理結(jié)果對(duì)照，得出超聲醫(yī)師對(duì)轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的誤判率。

1.4 紋理分析

采用羅茲工業(yè)大學(xué)免費(fèi)的紋理分析軟件MaZda 4.6，將超聲二維影像以bmp格式導(dǎo)入軟件中，對(duì)超聲影像進(jìn)行歸一化處理，采用多邊形功能手動(dòng)模式盡可能勾畫病灶的全部區(qū)域，分別用紅色和綠色表示轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組甲狀腺癌的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，勾畫完成后分析病灶的紋理特征，并通過軟件自帶的紋理特征分析方法選擇最具鑒別價(jià)值的紋理參數(shù)，包括Fisher系數(shù)、分類錯(cuò)誤概率聯(lián)合平均相關(guān)系數(shù)(classification error probability combined with average correlation coefficients，POE+ACC)、交互信息(mutual information,MI)及3種方法聯(lián)合(Fisher+POE+ACC+MI)，前3種方法各提取10個(gè)紋理參數(shù)，F(xiàn)isher+POE+ACC+MI共提取30個(gè)紋理特征參數(shù)，將簡(jiǎn)化后的紋理特征參數(shù)輸入MaZda 自帶的B11統(tǒng)計(jì)分析軟件包中，構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network,ANN)模型，反復(fù)自動(dòng)訓(xùn)練，將其與病理對(duì)比，得出紋理分析方法對(duì)轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的誤判率。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，紋理參數(shù)的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，超聲醫(yī)師的評(píng)估結(jié)果以及各種紋理分析方法誤判率等計(jì)數(shù)資料用例數(shù)及率表示，頻數(shù)≥5的計(jì)數(shù)資料的兩兩比較采用χ2檢驗(yàn)，頻數(shù)<5但≥1的計(jì)數(shù)資料的兩兩比較采用連續(xù)校正的χ2檢驗(yàn)，頻數(shù)<1的計(jì)數(shù)資料的兩兩比較以及多組計(jì)數(shù)資料的比較采用Fisher’s檢驗(yàn)，P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組甲狀腺癌患者基線資料

轉(zhuǎn)移組39例，男13例，女26例，年齡25～53歲，平均(35.95±8.83)歲；經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)，頸部Ⅵ區(qū)轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)13例，Ⅱ區(qū)5例，Ⅲ區(qū)4例，多區(qū)域轉(zhuǎn)移17例。非轉(zhuǎn)移組67例，男19例，女48例，年齡20～61歲，平均(39.27±11.17)歲。

2.2 轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組甲狀腺癌的超聲影像ROI標(biāo)識(shí)及紋理參數(shù)統(tǒng)計(jì)

轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組甲狀腺癌 ROI標(biāo)記前后的典型超聲影像見圖1、2。4種紋理分析方法共選取30組紋理參數(shù)，見表1。結(jié)果表明，F(xiàn)isher系數(shù)選取的紋理參數(shù)中有7組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，POE+ACC選取的紋理參數(shù)中有8組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，MI選取的10組紋理參數(shù)差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，3種方法聯(lián)合選取的紋理參數(shù)共25組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表1)。

表1 轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組甲狀腺癌超聲影像紋理特征參數(shù)比較

2.3 紋理分析和超聲醫(yī)師的誤判率比較

對(duì)于所有甲狀腺癌患者，F(xiàn)isher系數(shù)進(jìn)行紋理分析的總誤判率為21.69%(23/106)，POE+ACC為20.75%(22/106)，MI為17.92%(19/106)，3種方法聯(lián)合為11.32%(12/106)，超聲醫(yī)師的誤判率為13.21%(14/106)。3種紋理分析方法以及3種方法聯(lián)合與超聲醫(yī)師比較，誤判率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2值分別為2.652、2.141、0.897、0.175,均P>0.05)。紋理分析對(duì)于轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組的誤判情況見表2，通過分析可知，超聲醫(yī)師對(duì)轉(zhuǎn)移組的誤判率明顯高于非轉(zhuǎn)移組，但MI和3種方法聯(lián)合分析對(duì)轉(zhuǎn)移組的誤判率明顯低于超聲醫(yī)師(χ2值為5.032、8.705,均P<0.05)。

表2 紋理分析對(duì)轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組的誤判情況比較

3 討 論

紋理分析是人工智能的重要內(nèi)容，可通過一定的圖像處理技術(shù)提取出紋理特征，從而獲得圖像的定量或定性描述[8]。在影像學(xué)診斷方面，紋理分析通過提取肉眼難以發(fā)現(xiàn)的紋理特征，從而更加細(xì)致地分析圖像，這可為鑒別病灶的性質(zhì)提供一定的依據(jù)。本研究使用的MaZda 軟件提供了4種紋理分析方法，包括Fisher系數(shù)、POE+ACC、MI以及3種方法的聯(lián)合(Fisher+POE+ACC+MI)，共提取30種紋理參數(shù)信息，有利于增加診斷的準(zhǔn)確性[9-10]。目前,超聲紋理分析已應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟等部位良惡性腫瘤的鑒別診斷，結(jié)果表明，紋理分析具有較高的診斷價(jià)值[11-13]。

A.標(biāo)記ROI前超聲影像；B.標(biāo)記ROI后超聲影像圖1 非轉(zhuǎn)移性甲狀腺癌的超聲影像

A.標(biāo)記ROI前超聲影像；B.標(biāo)記ROI后超聲影像圖2 轉(zhuǎn)移性甲狀腺癌的超聲影像

同時(shí)，也有研究表明，X線紋理分析對(duì)預(yù)測(cè)乳腺癌的腋窩轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)具有一定的價(jià)值[14]。這些研究為超聲影像紋理分析預(yù)測(cè)甲狀腺癌頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。本研究通過對(duì)甲狀腺的超聲影像進(jìn)行紋理分析預(yù)測(cè)頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，并將其與超聲醫(yī)師對(duì)淋巴結(jié)的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

本研究結(jié)果表明，超聲影像紋理分析有助于預(yù)測(cè)甲狀腺癌的頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，特別是對(duì)轉(zhuǎn)移性甲狀腺癌患者，超聲影像紋理分析具有較高的診斷價(jià)值。本研究選用的Mazda紋理分析軟件共提取了30組紋理參數(shù)，其中Fisher系數(shù)中7組紋理參數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，POE+ACC中有8組紋理參數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，MI方法10組紋理參數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而有價(jià)值的紋理參數(shù)與腫塊的紋理信息呈正相關(guān)，紋理參數(shù)越多所提供具有鑒別價(jià)值的信息就越多。在總誤判率方面，F(xiàn)isher系數(shù)、POE+ACC、MI以及3種方法的結(jié)合與超聲醫(yī)師的誤判率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這也在一定程度上佐證了超聲對(duì)頸部轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)具有很好的評(píng)估價(jià)值。但對(duì)于轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組而言，超聲醫(yī)師易將轉(zhuǎn)移組評(píng)估為非轉(zhuǎn)移組，這造成了一定程度的誤診，特別是頸前區(qū)的轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，由于組織深度的影響，同時(shí)由于部分轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)體積較小，超聲易漏診，易將轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)評(píng)估為非轉(zhuǎn)移性[15]。另外，對(duì)于部分增生性淋巴結(jié)，超聲也易將其誤診為轉(zhuǎn)移[16]，這也是本研究中非轉(zhuǎn)移組出現(xiàn)2例誤診的原因所在。針對(duì)超聲更易將轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)誤判為非轉(zhuǎn)移的情況，本研究通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，MI和3種方法聯(lián)合對(duì)轉(zhuǎn)移組的誤判率明顯低于超聲醫(yī)師，這在一定程度上彌補(bǔ)了超聲醫(yī)師的不足。超聲評(píng)估結(jié)果與掃查及評(píng)估均有關(guān)，由于掃查缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)評(píng)估過程與超聲醫(yī)師的主觀性有關(guān)，這也是本研究中超聲醫(yī)師對(duì)轉(zhuǎn)移的誤診率高于非轉(zhuǎn)移的原因所在。而紋理分析可提取肉眼無法觀察到的腫瘤信息，不受超聲醫(yī)師主觀因素的影響，增加了紋理分析的準(zhǔn)確性。3種方法聯(lián)合評(píng)估共25組紋理參數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與超聲醫(yī)師的評(píng)估相比，紋理分析所提取的信息可排除主觀因素的干擾。

綜上所述，超聲影像紋理分析可用于預(yù)測(cè)甲狀腺癌的頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，值得進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量進(jìn)行研究，從而為術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估和臨床醫(yī)師選擇合理的診療方案提供依據(jù)。