半自動化灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的輔助診斷

洪娟，王冬青，殷瑞根，趙天，朱彥

(江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院影像科，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

肋骨骨折是影像科最常見的急診之一，而影像學(xué)是診斷肋骨骨折最直接的手段[1]。雖然DR、CT等高分辨成像設(shè)備已廣泛應(yīng)用于臨床，但肋骨骨折的影像學(xué)漏診依然時有發(fā)生，尤其是隱匿性肋骨骨折，主要原因是骨折線細(xì)小，與周圍組織結(jié)構(gòu)視覺差異微小[2]。灰度參數(shù)是醫(yī)學(xué)圖像的直接屬性，顯著的灰度差異是視覺診斷形成的保證，但視覺對于過于微小的灰度差異不具有較高的敏感度，這正是影像工作中隱匿性肋骨骨折漏診的本質(zhì)原因[3]。本研究借助與江蘇大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科合作的醫(yī)工共建平臺，對81例肋骨骨折患者的DR、CT成像及三維重建圖像進(jìn)行半自動化灰度檢測，評判半自動化灰度檢測對肋骨骨折的診斷效能。

1 資料與方法

1.1 病例

受試者為2016年5月至2017年12月期間于江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院門急診行DR或CT檢查患者。其中，經(jīng)DR、CT及肋骨三維重建診斷為肋骨明顯骨折的患者46例(非隱匿性肋骨骨折)，其中男35例，女11例，共53處骨折，DR確診 18處，CT確診23處，三維確診12處,年齡32～66歲，平均年齡(41.6±2.6)歲；另有首診DR、CT及肋骨三維重建檢查未發(fā)現(xiàn)肋骨骨折，而復(fù)診時發(fā)現(xiàn)的隱匿性骨折患者35例，男26例，女9例，年齡38～56歲，平均年齡(38.7±2.3)歲，共計37處骨折，其中DR確診 11處，CT確診17處，三維確診9處。本研究經(jīng)江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會審核通過，所有受試者均簽署口述告知或簽署圖像分析知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 DR成像 采用荷蘭飛利浦公司生產(chǎn)的REG190 DR儀。受檢患者采用站位或平躺位行胸部正側(cè)位照射，于曝光前要求患者深吸氣并屏住呼吸。曝光條件：110 kV，80 mA。所獲圖像經(jīng)PACS系統(tǒng)傳輸至ADW 4.8工作站并傳至移動存儲，以備使用。

1.2.2 CT成像 采用GE 64排螺旋CT。定位像范圍由胸廓入口處至雙側(cè)肋膈角下緣5.0 cm。受檢患者于掃描時深吸氣并屏住呼吸，行無間隔容積掃描，掃描層厚5.0 cm，層隔5.0 cm，110 kV,80 mA。所獲圖像經(jīng)PACS系統(tǒng)傳輸至ADW 4.8工作站并傳至移動存儲，以備使用。肋骨三維圖像由ADW 4.8工作站依據(jù)各向同性重建獲得。

1.2.3 半自動化灰度檢測 半自動化圖像灰度檢測方案及軟件由江蘇大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教研室基于C++平臺上的紋理分析構(gòu)建。圖像導(dǎo)入運(yùn)算系統(tǒng)后，由兩名高年資影像科醫(yī)師對圖像進(jìn)行預(yù)處理確定懷疑興趣區(qū)，然后對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、特征維度減低、主成分分析，獲得肋骨骨折的圖像特征及參數(shù)折線圖。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。使用Shapiro-Wilk 檢驗對灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗，P>0.05時采用非參數(shù)秩和檢驗。肋骨骨折的診斷率比較運(yùn)用χ2檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義；組間兩兩比較采用χ2分割法，采用Bonferroni法校正檢驗水準(zhǔn)，校正后的檢驗水準(zhǔn)α=(0.05/3)=0.016。以受試者工作特征(ROC)曲線及曲線下面積(AUC)評價不同圖像源的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷效能。

2 結(jié)果

2.1 非隱匿性肋骨骨折3種圖像的半自動化灰度檢測

非隱匿性肋骨骨折的DR、CT以及三維成像上可見清晰骨折線影，斷端錯位或不明顯，骨折線處可見骨松質(zhì)影；46例53處非隱匿性骨折的骨折征象全部清晰可見(53/53，100%)。對上述圖像作灰度檢測可見非骨折處檢測線走形均勻，于骨折處呈現(xiàn)明顯波谷；全部53處骨折可明確診斷(53/53，100%)。值得注意的是，骨折處的分離距離與檢測線波谷完全對應(yīng)。見圖1。

上圖從左到右分別為DR、CT及三維成像；下圖為對應(yīng)的灰度檢測

2.2 隱匿性肋骨骨折3種圖像的半自動化灰度檢測

在初診DR、CT及三維重建的圖像上，隱匿性肋骨骨折未得到完全顯示；灰度檢測圖像上可見敏感的波谷形成，提示對應(yīng)骨質(zhì)處骨皮質(zhì)及骨小梁斷裂。復(fù)診時對應(yīng)灰度檢測結(jié)果在初診影像上定位骨折部位，隱約可見纖細(xì)骨折線。見圖2。

回顧性結(jié)果顯示35例隱匿性骨折患者的37處骨折征象在初診影像中僅有12處被發(fā)現(xiàn)(12/37，32.4%)。而根據(jù)初診圖像的灰度檢測結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)31處隱匿性骨折(31/37，83.8%)，顯著高于初診影像診斷率(χ2=31.886，P<0.01)，其中基于DR圖像發(fā)現(xiàn)8處隱匿性骨折(8/11，72.7%)，基于CT圖像發(fā)現(xiàn)16處隱匿性骨折(16/17，94.1%)，基于三維圖像發(fā)現(xiàn)7處隱匿性骨折(7/9，77.8%)。基于3種成像的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷率差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=5.367，P<0.05)，其中CT圖像的灰度分析診斷率最高。

2.3 ROC曲線分析

分別以隱匿性肋骨骨折的DR、CT及三維成像的灰度變化值構(gòu)建ROC曲線比較診斷效能，結(jié)果顯示DR、CT及三維成像的曲線下面積分別為0.81、0.86、0.73，最佳截點值分別為22、15、31。見圖3。

3 討論

肋骨骨折的漏診在影像科工作中經(jīng)常出現(xiàn)，主要是因為肋骨隱匿性骨折診斷困難[4]。此類病患在首診時接受DR及CT甚至三維重建后，一般無法得到肯定診斷。后多因損傷部位疼痛感無法消失或呼吸受限，數(shù)天后再次復(fù)診后發(fā)現(xiàn)，部分患者甚至在接受多次檢測后，仍不能明確診斷[5]。不同于四肢骨，肋骨走形蜿蜒，骨折時涉及形態(tài)學(xué)錯構(gòu)及扭曲，少部分DR圖像漏診正源于此，進(jìn)而提示良好對比度的側(cè)位片對其診斷的重要性[6]。其次，應(yīng)注重肋骨邊緣的連續(xù)性，部分漏診病患的首診圖像可見骨質(zhì)邊緣的扭曲或分離，高度提示骨質(zhì)邊緣的連續(xù)性在隱匿性骨折中的診斷價值[7]。

上圖從左到右分別為DR、CT及三維成像；中圖為對應(yīng)的灰度檢測；下圖為骨折處影像的局部放大(×5倍)

圖3 DR、CT及三維成像的ROC曲線下面積比較

本研究結(jié)果顯示，在非隱匿性骨折的診斷中，灰度檢測與常規(guī)DR和CT影像的診斷率均為100%，但在隱匿性肋骨骨折的診斷中灰度檢測的診斷率明顯高于常規(guī)DR和CT 。進(jìn)一步分析表明基于CT圖像的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷效果顯著優(yōu)于基于三維重建和DR的灰度檢測。這可能與三類圖像的灰度矩陣有關(guān)[8]，CT圖像具有更穩(wěn)定的灰度矩陣，更為均勻的灰度分布，而三維重建圖像次之，DR略差。值得注意的是，隨后的ROC結(jié)果卻略有不同，在對隱匿性肋骨骨折的診斷效能中，基于DR的灰度檢測雖然落后于CT，卻高于三維成像。筆者發(fā)現(xiàn)，灰度檢測圖的波形骨折線事實上源于灰度的改變，即擁有較“稀疏”的灰度閾界圖像的灰度變化更能夠反映骨折，隨后的最佳截點值分析亦作出有力佐證(CT、DR和三維成像的最佳截點值分別為15、22、31)。

本研究將生物醫(yī)學(xué)工程中的灰度分析法與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相結(jié)合，對照灰度陽性檢測結(jié)果，對隱匿性骨折患者的首診影像學(xué)圖像進(jìn)行回顧性分析。結(jié)果表明，對DR、CT及三維成像進(jìn)行灰度檢測能對隱匿性肋骨骨折作出輔助診斷，基于CT圖像的灰度檢測診斷率最高。