灰階中位數(shù)分析評估乳腺結(jié)節(jié)的方法學探討

林長江 余洋 胡建蘇 福建醫(yī)科大學附屬福州市第一醫(yī)院超聲影像科 （福建 福州 350009）

內(nèi)容提要： 目的：探討灰階中位數(shù)分析定量測量乳腺結(jié)節(jié)灰度的方法學問題。方法：2019年3月～2020年6月對20例乳腺結(jié)節(jié)以同層的脂肪和腺體為參照物，利用計算機輔助程序獲得乳腺結(jié)節(jié)灰階中位數(shù)，同一操作者前后測3次和5次，不同操作者分別測3次，取平均值進行乳腺結(jié)節(jié)灰階中位數(shù)分析。結(jié)果：同一操作者前后測3次和5次，不同操作者分別測3次，所得到的乳腺結(jié)節(jié)灰階中位數(shù)平均值比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結(jié)論：乳腺結(jié)節(jié)以同層脂肪和腺體作為參照物，利用計算機輔助程序獲得乳腺結(jié)節(jié)灰階中位數(shù)，在同一操作者及不同操作者間測3次的平均值變異度小，重復(fù)性好。

2020年全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，乳腺癌已成為全球女性第一大癌[1]。乳腺癌目前已成為一個主要的公共衛(wèi)生問題，乳腺癌如何早發(fā)現(xiàn)，是降低乳腺癌死亡率的關(guān)鍵因素，也是未來一重大挑戰(zhàn)[2]?；译A中位數(shù)（Grey-scale median，GSM）是指對超聲灰度數(shù)字圖像進行區(qū)域劃分，并對區(qū)域內(nèi)的每個像素點的灰度值進行統(tǒng)計學分析，以劃分區(qū)域內(nèi)所有灰度值為一個數(shù)集，利用中位數(shù)公式計算出此數(shù)集的中位數(shù)。灰階中位數(shù)分析通過對乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪和腺體作為參照物，對乳腺結(jié)節(jié)的回聲強度進行定量評估，有望成為鑒別乳腺結(jié)節(jié)良惡性的客觀定量分析參數(shù)。但是灰階中位數(shù)分析在乳腺結(jié)節(jié)的應(yīng)用和推廣還有一定的局限性，不同的軟件和不同的GSM測量方法，導致其在臨床實踐上沒有明確的共識或標準。因此本研究對灰階中位數(shù)分析評估乳腺結(jié)節(jié)的回聲強度的方法學進行探討。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

收集2019年3月～2020年6月在本院行常規(guī)乳腺結(jié)節(jié)二維超聲檢查的女性患者20例，共20個乳腺結(jié)節(jié)，年齡16～52歲，平均（37.2±4.2）歲，結(jié)節(jié)直徑0.6～2.4cm，平均（1.2±0.6）cm。

納入標準：①乳腺實性結(jié)節(jié)；②患者術(shù)前行二維常規(guī)超聲檢查，且圖像采集滿意；③超聲檢查前未接受任何形式的治療；④超聲檢查后手術(shù)切除或穿刺活檢獲得病理學結(jié)果。

排除標準：①乳腺囊性結(jié)節(jié)或囊實性結(jié)節(jié)，結(jié)節(jié)最大徑線＜0.5cm；②結(jié)節(jié)周邊無正常腺體及脂肪層；③采集圖像因探頭與皮膚接觸不良造成圖片灰階亮度分布不均勻。

1.2 方法

采用全自動乳腺容積超聲診斷系統(tǒng)（Invenia ABUS，美國通用電氣公司），裝載反向曲面寬幅高頻線陣探頭C15-6XW（頻率6～15MHz）。

超聲檢查：患者取仰臥位，雙手上舉，充分暴露乳腺。采用Invenia ABUS對雙側(cè)乳房分別采集正中位、外側(cè)位及內(nèi)側(cè)位圖像，將乳腺3D容積數(shù)據(jù)傳至診斷工作站。

灰階中位數(shù)（GSM）分析：在超聲診斷工作站上將清晰顯示乳腺結(jié)節(jié)及其淺表脂肪組織和周邊正常的腺體二維灰階圖像以高質(zhì)量的jpeg格式進行存儲，利用圖像編輯軟件Adobe Photoshop CC 2018進行處理。將圖像放大到初始大小的3倍，將圖像調(diào)整至灰度模式，逐步調(diào)整整幅圖片的亮度至自動性擴展勾勒同層脂肪GSM為40，見圖1，同層腺體最高色階為220，見圖2，結(jié)節(jié)淺層脂肪及腺體像素均超過500。再利用“自動選取工具”勾勒出乳腺結(jié)節(jié)，獲得乳腺結(jié)節(jié)灰階像素的直方圖，記錄乳腺結(jié)節(jié)的GSM，見圖3。

圖2.乳腺結(jié)節(jié)同層的腺體及其所對應(yīng)的最高色階

圖3.乳腺結(jié)節(jié)及其所對應(yīng)的GSM

實驗分組：①測量3次與測量5次組：對同一乳腺結(jié)節(jié)的GSM分別進行3次和5次測量，所有測量及數(shù)據(jù)記錄均由一人完成，同一乳腺結(jié)節(jié)的GSM，分別取其均值。②同一操作醫(yī)師重復(fù)性研究組：同一操作者對同一乳腺結(jié)節(jié)GSM前后兩次（時間間隔1個月）進行測量，每次測量3次，分別取其均值。③不同操作醫(yī)師間重復(fù)性研究組：兩位操作者（代號為A和B）雙盲對同一乳腺結(jié)節(jié)的GSM進行3次測量，取其均值，所有測量及數(shù)據(jù)記錄均由兩位操作者分別完成。

1.3 統(tǒng)計學分析

2.結(jié)果

2.1 20例共20個乳腺結(jié)節(jié)病理結(jié)果

纖維腺瘤12個，腺病3個，導管內(nèi)乳頭狀瘤3個，浸潤性導管癌2個。

2.2 不同測量次數(shù)組乳腺結(jié)節(jié)GSM均值比較

結(jié)果見表1。測量3次與測量5次GSM均值差異不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1.不同測量次數(shù)組乳腺結(jié)節(jié)GSM均值結(jié)果

2.3 同一操作醫(yī)師不同時段檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值比較

結(jié)果見表2。同一操作醫(yī)師不同時段（前后間隔1個月）檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值差異不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表2.同一操作醫(yī)師不同時段檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值結(jié)果

2.4 不同操作醫(yī)師檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值比較

結(jié)果見表3。不同操作醫(yī)師檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值差異不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表3.不同操作醫(yī)師檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值結(jié)果

3.討論

在中國，乳腺癌在女性癌癥發(fā)病率中亦占首位[3]，且在未來一段時間內(nèi)其發(fā)病率仍將持續(xù)增長。超聲具有無創(chuàng)、經(jīng)濟、快速、患者耐受性好及檢查費用便宜等優(yōu)勢，成為我國目前乳腺癌篩查的首選方法。2013年隨著第五版的BI-RADS系統(tǒng)公布后，乳腺結(jié)節(jié)的BI-RADS分類被各級醫(yī)院廣泛的推廣和應(yīng)用[4]，對乳腺結(jié)節(jié)的惡性風險的危險分層逐漸規(guī)范。但乳腺癌高度的異質(zhì)性，導致部分乳腺結(jié)節(jié)不具有典型的超聲聲像圖特征表現(xiàn)，除此之外乳腺結(jié)節(jié)二維超聲聲像圖特征的判斷依賴于超聲醫(yī)師的肉眼觀察，受檢查超聲醫(yī)師的主觀影響，導致不同醫(yī)師對乳腺結(jié)節(jié)BI-RADS分類存在差異。Bekir E等[5]用灰階直方圖分析二維超聲圖片中乳腺結(jié)節(jié)和鄰近的脂肪的中位數(shù)值，計算LER（Lesion echogenicity rations）即乳腺結(jié)節(jié)鄰近的脂肪層的GSM值與乳腺結(jié)節(jié)的GSM值，LER閾值是2.26時鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的敏感性93.3%，特異性93.2%。二維超聲圖片中乳腺結(jié)節(jié)的GSM作為客觀的定量分析參數(shù)，有望成為鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的重要參數(shù)。

超聲與其他影像學檢查相比，它最大的劣勢是受檢查的超聲醫(yī)師的經(jīng)驗、檢查技巧影響。本次研究中超聲醫(yī)師采用標準化操作，應(yīng)用Invenia ABUS對雙側(cè)乳房分別采集正中位、外側(cè)位及內(nèi)側(cè)位圖像，使得研究獲取的乳腺超聲圖像的獲取也有了標準化的流程，減少了對超聲醫(yī)師的經(jīng)驗和檢查技巧的依賴。本次研究中提出的灰階中位數(shù)可以定量分析感興趣區(qū)域回聲的強弱，有望成為類似CT值一樣的定量參數(shù)對組織進行定征。采用全自動乳腺容積超聲診斷系統(tǒng)，裝載反向曲面寬幅高頻線陣探頭C15-6XW，所有超聲圖像的前處理均一致，有效的規(guī)避了超聲圖像受超聲醫(yī)師人為調(diào)整探頭輸出功率、時間增益補償和增益的影響。使得超聲圖像的灰度主要受圖像的后處理影響，在二維超聲灰階圖像以高質(zhì)量的jpeg格式進行存儲，利用計算機圖像編輯軟件Adobe Photoshop CC 2018進行后處理，通過標準化的后處理流程，使得獲取的二維超聲灰階圖像中感興趣區(qū)域的灰階中位數(shù)具有很好的可重復(fù)性。

本次研究中將二維超聲圖片中乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪和腺體作為參照物，將圖片亮度標準化后，乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪GSM為40，同層腺體最高色階為220，避免了超聲在傳播過程中的衰減造成對不同深度乳腺結(jié)節(jié)的灰階亮度的影響。本次研究中發(fā)現(xiàn)以同層的脂肪和腺體作為參照物，將二維超聲圖片亮度標準化后，測量的乳腺結(jié)節(jié)GSM變化小，可重復(fù)性好，不同測量次數(shù)乳腺結(jié)節(jié)的GSM均值差異不具有統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。Adobe Photoshop CC 2018“自動選取工具”和自動擴張功能勾勒的同層脂肪和腺體的邊界，它們的像素都超過500后，選取的乳腺結(jié)節(jié)同層脂肪及腺體參照物量足夠多時，就能減少因深度造成的超聲衰減對乳腺結(jié)節(jié)灰度的影響。同時有兩種參照物進行二維超聲圖片亮度的標準化調(diào)整，大大減少隨機選擇參照物對圖片亮度調(diào)整的影響，圖片的亮度相對恒定，使不同深度的乳腺結(jié)節(jié)的GSM具有可比性。但是由于二維超聲圖片亮度的標準化要同時滿足乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪GSM為40，腺體的最高色階為220，選擇兩種參照物加大二維超聲圖片亮度標準化的難度。本次研究中在調(diào)整二維超聲圖片亮度的過程中通常先以同層的脂肪作為參照調(diào)整圖片的亮度，然后通過“自動選取工具”和自動擴張功能勾勒乳腺結(jié)節(jié)同層的腺體，擴大選取乳腺結(jié)節(jié)同層腺體的像素量，同時觀察乳腺結(jié)節(jié)同層腺體的最高色階，當腺體的最高色階為220時，則認為二維超聲圖片亮度達到標準化的水平。腺體的最高色階考慮與超聲聲束垂直入射到腺體內(nèi)的纖維組織界面獲得最強的回波有關(guān)。當自動擴張功能勾勒了全部的同層腺體時最高色階仍未達到220時，考慮與腺體的位置較深，聲波傳播過程衰減有關(guān)，這時通過整體增加圖片的亮度讓乳腺結(jié)節(jié)的腺體的最高色階達到220時，然后再選擇乳腺結(jié)節(jié)同層不同的脂肪組織，當選擇的乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪組織GSM值為40時則認為二維超聲圖片亮度達到標準化水平。

本次研究發(fā)現(xiàn)同一操作醫(yī)師不同時段檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值差異不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05），計算機輔助程序Adobe Photoshop CC 2018操作簡單，檢測醫(yī)師經(jīng)過相關(guān)的培訓后能很好的掌握乳腺結(jié)節(jié)GSM檢測方法。絕大多數(shù)病例有多個參照物可供選擇，但要同時滿足選擇結(jié)節(jié)同層的脂肪的GSM為40和同層腺體最高色階達220時，圖片的亮度有且只有一個最適宜，使得圖片的亮度不隨不同檢測時段參照物的選擇不同而改變，使得乳腺結(jié)節(jié)GSM均值檢測受檢測時段的影響很小，同一醫(yī)師重復(fù)性好，且容易操作易掌握。

本次研究發(fā)現(xiàn)不同操作醫(yī)師檢測乳腺結(jié)節(jié)GSM均值不具有統(tǒng)計學差異（P＞0.05），不同的檢測醫(yī)師經(jīng)相關(guān)的培訓后，不同的檢測醫(yī)師用計算機輔助程序Adobe Photoshop CC 2018檢測乳腺結(jié)節(jié)的GSM變異小。不同的檢測醫(yī)師出現(xiàn)乳腺結(jié)節(jié)GSM的差異考慮可能與不同檢測醫(yī)師自動擴展勾勒乳腺結(jié)節(jié)時對乳腺結(jié)節(jié)邊界判斷不同造成。部分乳腺結(jié)節(jié)邊界不清，自動擴展勾勒乳腺結(jié)節(jié)時會出現(xiàn)勾勒的區(qū)域擴展到結(jié)節(jié)邊界之外或不完全勾勒結(jié)節(jié)邊界，這種情況下需要不同檢測醫(yī)師根據(jù)自己的主觀判斷，修正需要勾勒結(jié)節(jié)的邊界。不同檢測醫(yī)師對結(jié)節(jié)邊界主觀判斷的不同就會導致檢測結(jié)節(jié)GSM的差異。但通過對檢測醫(yī)師相關(guān)的軟件應(yīng)用培訓后，這種差異較小，不具有統(tǒng)計學意義。

總之，乳腺結(jié)節(jié)的二維灰階圖像清晰，灰階亮度分布均勻時，檢測醫(yī)師經(jīng)過規(guī)范化培訓后，應(yīng)用計算機輔助程序Adobe Photoshop CC 2018對乳腺結(jié)節(jié)GSM檢測，乳腺結(jié)節(jié)GSM測值可重復(fù)性好，是評估乳腺結(jié)節(jié)灰度的切實可行的方法，可以客觀的反映乳腺結(jié)節(jié)的灰度水平。