評(píng)價(jià)剪切波彈性成像及Fisher判別分析法對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的預(yù)測(cè)價(jià)值

張忠磊，蕭家芳，柏剛

乳腺癌是女性較為常見的惡性腫瘤，發(fā)病率逐年增多，并且呈年輕化趨勢(shì)[1]，嚴(yán)重威脅女性身心健康，及早發(fā)現(xiàn)、診斷、早期干預(yù)治療對(duì)提高患者生存質(zhì)量有重大意義。目前，乳腺癌發(fā)生機(jī)制尚不明確，可能與雌激素長(zhǎng)期刺激、電離輻射、高脂代謝飲食等因素有關(guān)[2]。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷革新，檢查手段也日新月異，紅外線、鉬靶、CT、MRI、超聲等[3-4]廣泛應(yīng)用于疾病篩查。超聲設(shè)備具備攜帶方便、無輻射、重復(fù)性好、檢查費(fèi)用低廉等優(yōu)勢(shì)，已成為乳腺疾病篩查的首選檢查。乳腺疾病本身存在多樣性、病理學(xué)復(fù)雜性的特點(diǎn)，良惡性結(jié)節(jié)之間超聲聲像圖存在影像學(xué)重疊交叉，常規(guī)超聲診斷效能不高。聲脈沖輻射成像(acoustic radiation force impulse，ARFI)是一種新的彈性成像[5]，具備聲觸診組織定量分析技術(shù)，利用剪切波于不同組織內(nèi)波速不同及組織中傳播情況的超聲成像不同對(duì)疾病進(jìn)行診斷。目前該技術(shù)廣泛應(yīng)用于肝臟、甲狀腺、前列腺等疾病診斷，取得一定臨床使用價(jià)值，在乳腺疾病診斷方面也多有報(bào)道。本研究擬通過回顧性分析乳腺結(jié)節(jié)的常規(guī)超聲及超聲彈性成像特點(diǎn)，采用Fisher判別分析建立模型[6]，對(duì)疾病進(jìn)行預(yù)測(cè)，將復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題簡(jiǎn)單化數(shù)字化。

材料與方法

1.研究對(duì)象

收集2016年1月-2019年4月在十堰市太和醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科就診且經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的145例乳腺腫瘤患者(共199枚結(jié)節(jié))納入研究，年齡15～80歲，平均40±13歲。所有患者在術(shù)前知情同意情況下進(jìn)行常規(guī)超聲和超聲彈性檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：①無病理結(jié)果的患者；②彈性成像質(zhì)量差無法進(jìn)行分析的患者；③哺乳或人工假體植入的患者；④行新輔助放化療的患者。

2.儀器及方法

邁瑞Resona 7系列彩超，探頭頻率5～12 Mhz，患者充分暴露乳腺，常規(guī)檢測(cè)乳腺整體情況，發(fā)現(xiàn)結(jié)節(jié)后評(píng)估二維、彩色超聲聲像圖特點(diǎn)[7-8]，具體超聲特征性指標(biāo)及分類見表1。然后進(jìn)入聲觸彈性成像(sound touch elastography，STE)模式，以乳腺結(jié)節(jié)及周圍腺體脂肪組織為感興趣區(qū)。操作過程盡量完全覆蓋乳腺結(jié)節(jié)，選定區(qū)域后自動(dòng)生成腫塊楊氏模量值(Young's modulus value of mass，YmM)；選取脂肪組織為對(duì)照區(qū)域，獲取脂肪楊氏模量值(Young's modulus adipose tissue，YmT)。兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的超聲醫(yī)師多次測(cè)量(至少三次)后取平均值，手動(dòng)計(jì)算R=YmM/YmT。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.乳腺良惡性結(jié)節(jié)兩組間常規(guī)超聲特征性參數(shù)對(duì)比

最終病理證實(shí)良性結(jié)節(jié)142枚，其中乳腺腺病73例，乳腺纖維瘤28例，乳腺腺病合并纖維瘤17例，導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤16例，乳腺炎性病變8例；惡性結(jié)節(jié)57枚，浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌30例，導(dǎo)管內(nèi)原位癌10例，浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌8例，硬癌5例，髓樣癌3例，淋巴瘤1例。常規(guī)超聲特征性參數(shù)中，腫塊血流分級(jí)(X1)、形態(tài)(X2)、方位(X3)、內(nèi)部回聲(X4)、后方回聲特征(X5)、鈣化(X7)、邊緣(X9)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。參數(shù)中乳腺結(jié)節(jié)周圍組織和其內(nèi)部回聲水平組間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

表1 良惡性乳腺結(jié)節(jié)超聲特征性參數(shù)比較結(jié)果

2.乳腺良惡性結(jié)節(jié)剪切波彈性成像檢查相關(guān)參數(shù)比較

一個(gè)地緣文明集合體一般擁有一個(gè)或者幾個(gè)核心國(guó)家，而核心國(guó)家依靠雄厚的政治、經(jīng)濟(jì)與文化能量，把與本國(guó)相鄰的國(guó)家或地區(qū)再凝結(jié)成一個(gè)具有高團(tuán)體效應(yīng)的地緣集合體。這些地緣集合體之所以能迅速被凝結(jié)在于它們擁有相似的歷史與文化基礎(chǔ)，并且有著類似的語言、宗教信仰、風(fēng)俗習(xí)慣和價(jià)值觀等。但是，地緣文明集合體中的文明也會(huì)產(chǎn)生融合與互斥，這種融合與互斥的過程就是人類文明發(fā)展的基本規(guī)律。美國(guó)學(xué)者亨廷頓（S.P.Huntington）根據(jù)這種規(guī)律提出了“文明沖突論”的觀點(diǎn)，為地緣文明的表現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的解釋?？梢钥闯觯鋺?zhàn)后出現(xiàn)的不同文明形態(tài)在世界范圍類的相互作用構(gòu)成了當(dāng)時(shí)世界文明的主要?jiǎng)討B(tài)情形。

惡性組腫塊楊氏模量值、脂肪組織楊氏模量值(圖1、2)以及二者比值R較良性組大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

圖1 a)右側(cè)乳腺內(nèi)下象限實(shí)性低回聲結(jié)節(jié)，邊界清晰，形態(tài)尚規(guī)則，彈性成像提示腫塊質(zhì)地柔軟；b)病理診斷為纖乳腺維腺瘤(HE，×40)。 圖2 a)左側(cè)乳腺外上象限實(shí)性低回聲結(jié)節(jié)，邊界清晰，形態(tài)不規(guī)則，周邊可見高回聲“暈環(huán)”，縱橫比>1；彈性提示腫塊質(zhì)地較硬；b)病理診斷為浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌WHO 2級(jí)(HE，×100)。

表2 乳腺良惡性腫塊組間楊氏模量值參數(shù)比較結(jié)果 (kPa)

3.Fisher判別模型的構(gòu)建

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提取兩組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的超聲參數(shù)作為自變量(本研究中X1、X2、X3、X4、X5、X7、X9、X10、X11、X12)，病理結(jié)果為分組變量(良性組定義為1，惡性組定義為2)，采用全變量模型求得Fisher線性判別函數(shù)如下：

良性組方程：

F1=-79.303-0.522X1+3.210X2+6.017X3+2.638X4+1.664X5+4.882X7+6.750X9-1.085X10+10.889X11+14.291X12

惡性組方程：

F2=-117.050+0.107X1+4.583X2+8.382X3+1.421X4+2.546X5+7.391X7+7.897X9-1.011X10+12.312X11+15.547X12

4.回代性檢驗(yàn)結(jié)果

將每個(gè)研究對(duì)象所取得10個(gè)超聲參數(shù)分別帶入上述方程中，計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，數(shù)值大的函數(shù)模型屬于相應(yīng)的良惡性組別。將重新預(yù)測(cè)的結(jié)果與原始結(jié)果比較，在乳腺良性腫塊中正確分型139例(97.9%)，錯(cuò)誤分型3例(2.1%)，纖維腺瘤2例，肉芽腫性乳腺炎1例；在乳腺惡性腫塊中正確分型50例(87.7%)，錯(cuò)誤分類7型(12.3%)，4例為浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌，3例為導(dǎo)管內(nèi)原位癌。

將199枚結(jié)節(jié)的原始數(shù)據(jù)帶入上述方程，進(jìn)行交叉核實(shí)檢驗(yàn)，總體判斷符合率為94.4%(188/199)。

討 論

乳腺腫瘤組織成分復(fù)雜，生物學(xué)行為也存在一定差異[9]，增加了臨床診治的難度。常規(guī)超聲對(duì)乳腺疾病的篩查效果明確，但容易受儀器分辨率及檢查者主觀性影響，往往引起誤判。ARFI是利用組織間彈性的差異對(duì)組織進(jìn)行彈性成像，其原理是通過超聲給組織局部輻射壓力，組織受外力推擠產(chǎn)生應(yīng)變，獲取在應(yīng)變恢復(fù)過程中檢測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)的應(yīng)變情況，對(duì)組織彈性特征及組織的硬度進(jìn)行判斷。判別分析法是根據(jù)判別對(duì)象若干指標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果判定屬于哪一類的數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，已被廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。

ARFI技術(shù)通過對(duì)組織內(nèi)剪切波傳播速度予以測(cè)定而計(jì)算彈性模量值，其值越大，則彈性系數(shù)越高，提示組織彈性較硬。乳腺惡性結(jié)節(jié)組YmM、YmT及R較良性組增大，說明惡性結(jié)節(jié)組織硬度增加。研究表明，這與病理成分有關(guān)，大部分惡性腫瘤由纖維結(jié)締組織構(gòu)成，容易向周圍組織浸潤(rùn)并發(fā)生黏連，病灶生長(zhǎng)到一定程度時(shí)會(huì)牽拉周圍組織使其活動(dòng)度降低，質(zhì)地變硬，彈性減弱，硬度增加[11]。通過Fisher判別回代性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，惡性組錯(cuò)誤分型7例中，4例為浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌，3例為導(dǎo)管內(nèi)原位癌。分析原因可能由于病灶間質(zhì)成分少，黏液成分多，腫塊合并出血、壞死液化等均可導(dǎo)致硬度下降，腫塊的彈性模量值減低，誤認(rèn)為良性結(jié)節(jié)。纖維腺瘤和肉芽腫性乳腺炎因其纖維成分含量高，部分患者合并鈣化，均會(huì)導(dǎo)致彈性硬度值增加，易誤判為惡性結(jié)節(jié)。

乳腺結(jié)節(jié)的形態(tài)、內(nèi)部回聲及邊緣特征反映了其潛在的病理學(xué)特征。多數(shù)研究認(rèn)為結(jié)節(jié)形態(tài)規(guī)則/呈橢圓形，內(nèi)部回聲均勻，邊緣光整銳利多提示良性病變，究其原因可能是由于良性結(jié)節(jié)大多生長(zhǎng)緩慢，內(nèi)部血流不豐富，大多數(shù)存在包膜，形態(tài)規(guī)則，和周圍組織邊界清晰。相對(duì)而言，惡性結(jié)節(jié)具備形態(tài)不規(guī)則，邊緣模糊、呈角、蟹足樣改變大多認(rèn)為是病變具有浸潤(rùn)性，與周圍組織分界不清所致。腫瘤惡性程度增高、生長(zhǎng)速率快，代謝較為旺盛[10]，結(jié)節(jié)內(nèi)部成分復(fù)雜，各部分細(xì)胞代謝存在差異，結(jié)節(jié)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部血管相對(duì)豐富，部分區(qū)域血供不足時(shí)出現(xiàn)不同程度壞死，超聲就表現(xiàn)為內(nèi)部回聲不均勻。

Li等[12]認(rèn)為涉及醫(yī)學(xué)診斷的復(fù)雜推理過程可以簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)方法，F(xiàn)isher判別分析就非常適用于臨床鑒別診斷。通過數(shù)學(xué)函數(shù)的方法，綜合乳腺結(jié)節(jié)具有鑒別診斷價(jià)值的超聲征象進(jìn)行綜合分析，最后得出綜合的概率診斷，相對(duì)目前許多細(xì)化、單一超聲技術(shù)的研究具有很大優(yōu)勢(shì)及廣闊發(fā)展前景。對(duì)于疾病的篩查，甚至可以建立多個(gè)函數(shù)判別模型，使用大數(shù)據(jù)、云處理、多中心研究，建立不斷優(yōu)化完善，適合不同國(guó)家、人種的亞模型，提高診斷符合率。

本研究結(jié)果表明，基于超聲彈性成像的判別分析模型提供了一個(gè)量化數(shù)值，診斷結(jié)果簡(jiǎn)單明了、直觀、容易理解，具有一定臨床應(yīng)用價(jià)值，可為超聲醫(yī)生的日常診斷工作提供幫助，為乳腺癌的早發(fā)現(xiàn)和篩查提供預(yù)警信息，為下一步診療提供依據(jù)，選擇合適的治療方式提供參考。

本研究也存在許多的不足，首先，回顧性的病例研究會(huì)存在選擇偏倚，容易受地域及人群的限制，因此還需在擴(kuò)大樣本量和流行病學(xué)隨訪等方面加以研究和完善，建立優(yōu)化的判別模型，減少漏誤診的發(fā)生。同時(shí)，彈性成像的結(jié)果容易受超聲醫(yī)生操作時(shí)力度的影響，未來的研究也期待針對(duì)這一方面取得一定突破。