基于CESM的影像組學(xué)在乳腺癌診斷中的價(jià)值研究

文/高寶娟

近年來，乳腺癌發(fā)病率呈逐漸上升趨勢(shì)，已成為全球女性的第二大死因。乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、診斷和治療是改善預(yù)后的重要因素。美國學(xué)者Gillies于2010年首次提出“影像組學(xué)”的概念，后經(jīng)荷蘭學(xué)者Lambin進(jìn)一步完善。對(duì)比增強(qiáng)能譜乳腺X線攝影（contrast-enhanced spectral mammography, CESM）通過靜脈注射含碘對(duì)比劑后進(jìn)行X線投照，經(jīng)過處理后可獲得低能圖和減影圖，減影圖像中病灶顯示更加清晰。有研究結(jié)果顯示，CESM能克服傳統(tǒng)X線攝影中正常腺體組織和病變組織重疊的局限性，同時(shí)提供了病灶的血供情況，提高了診斷的敏感度、特異度和準(zhǔn)確度。本研究旨在探討基于CESM的影像組學(xué)在乳腺癌診斷中的可行性研究。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析本院2017年6月-2020年12月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的乳腺良性腫瘤183例和乳腺癌208例，年齡17-70歲，平均年齡47.53±15.07歲，均為女性患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：初診患者，病灶未經(jīng)穿刺及放化療者；所有患者術(shù)前均行CESM檢查；均行手術(shù)治療，術(shù)后均行病理檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：臨床資料不全者及合并其他乳腺疾病者；圖像質(zhì)量不佳，影響觀察病灶的。

1.2 CESM檢查方法

檢查儀器采用美國GE Senographe DS全數(shù)字化乳腺機(jī), 其中對(duì)比劑為碘海醇（350mg I/ml），劑量為1.5ml/kg。檢查前先通過高壓注射器經(jīng)上臂靜脈注射對(duì)比劑，注射流率為3.0ml/s。在對(duì)比劑注射完成后 2 min進(jìn)行乳腺X線攝影。按常規(guī)乳腺攝影時(shí)的壓迫方法，分別對(duì)雙側(cè)乳腺行頭尾位（CC）及內(nèi)外斜位（MLO）投照，在 5 min內(nèi)完成雙側(cè)乳腺共4個(gè)體位的視圖采集。每個(gè)投照體位攝片時(shí)，在一次壓迫的1.5S內(nèi)可獲得一次低能和一次高能曝光。每個(gè)攝片體位在工作站上均獲得2張圖像，即低能圖像和經(jīng)過特殊后處理的減影圖像。

1.3 圖像分割及特征提取

1.3.1 ROI分割

由2名影像科醫(yī)師在Radcloud平臺(tái)（http://radcloud.cn/）在CESM減影圖像中沿病變邊緣手動(dòng)勾畫ROI，應(yīng)盡量包全病灶的腫瘤部分。如兩位影像科醫(yī)師的勾畫結(jié)果出入較大時(shí)，則以高年資影像醫(yī)師結(jié)果為準(zhǔn)。見圖1，圖2。

圖1 低能圖像

圖2 減影圖像

1.3.2 特征參數(shù)選取及將維

共從 Radcloud 平臺(tái)（http://radcloud.cn/）的 MG 圖像中提取了 2818 個(gè)特征參數(shù)，可以分為一階統(tǒng)計(jì)、形狀和大小特征及紋理特征三組。為了減少冗余功能，通過功能選擇方法方差閾值（方差閾值 = 0.8）、SelectKBest 和LASSO 進(jìn)行降維處理，最終篩選出26個(gè)具有最佳功能特征。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析是在Radcloud平臺(tái)（http://radcloud.cn/）上進(jìn)行的。根據(jù)所選特征，有幾個(gè)分類器可用于分類分析，這些分類器創(chuàng)建模型，試圖分離或預(yù)測(cè)與結(jié)果或表型有關(guān)的數(shù)據(jù)。在本研究中，利用支持向量機(jī)（SVM）構(gòu)建基于影像組學(xué)的模型，并通過驗(yàn)證的方法提高模型有效性。為了評(píng)估預(yù)測(cè)性能，以受試者操作特征（receiver operating characteristic ，ROC）曲線評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型的影像組學(xué)評(píng)分訓(xùn)練組和測(cè)試組中乳腺癌診斷的效能，獲得準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度及ROC曲線下面積（area under curve ，AUC），并進(jìn)行十次十折交叉驗(yàn)證取其平均值作為最后結(jié)果。

2 結(jié)果

見圖3。

圖3 SVM訓(xùn)練集和測(cè)試集受試者操作特征（ROC）曲線下面積（AUC）

訓(xùn)練集的ROC曲線下面積為0.94、靈敏度為0.86、特異度為0.86、準(zhǔn)確度為86%，測(cè)試集的ROC曲線下面積為0.85、靈敏度為0.67、特異度為0.78、準(zhǔn)確率為72%。

3 討論

乳腺疾病的早期發(fā)現(xiàn)及正確診斷對(duì)患者的預(yù)后至關(guān)重要，乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，目前臨床上最常用的檢查方法是乳腺超聲和乳腺X線攝影，超聲檢查安全、無輻射，但其診斷準(zhǔn)確性主要依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，假陽性率高。常規(guī)乳腺X線攝影，由于受到腺體組織重疊干擾，不能清晰的顯示病灶組織，易造成漏診。CESM 技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，由于乳腺腫瘤增生活躍、血供豐富，在瘤體內(nèi)及其周圍血管密集，通過在常規(guī)X線攝影基礎(chǔ)上經(jīng)血管注入含碘對(duì)比劑，可清晰的顯示病變組織血供情況，通過進(jìn)一步的減影處理，可排除正常腺體干擾，發(fā)現(xiàn)更小的病灶，提高診斷的準(zhǔn)確性及敏感性。CESM 技術(shù)的原理是碘的邊緣效應(yīng)，即碘在33.2keV處X線吸收顯著衰減現(xiàn)象，通過高能（高于33.2keV）和低能（低于33.2keV）攝像進(jìn)行疊加后減影處理，可獲得乳腺組織清晰的血供圖。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)CESM 技術(shù)在診斷乳腺癌方面顯著優(yōu)于常規(guī)X線攝影及B超檢查[1]。

雖然CESM 技術(shù)比較先進(jìn)，但由于受腫瘤類型、大小及惡性程度不同等影響，其影像學(xué)特點(diǎn)亦呈多樣化，人為地將良、惡性圖像特征進(jìn)行歸類整理，不僅耗時(shí)、費(fèi)力，且需要一定的學(xué)習(xí)曲線。而影像組學(xué)正好解決了這一難題。它通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了上述步驟，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助診斷，排除了人為干擾，進(jìn)一步提高了診斷的準(zhǔn)確性。影像組學(xué)是一門新興的科學(xué)，近年已成為國內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。多項(xiàng)研究表明，影像組學(xué)在診斷及辨別良惡性腫瘤方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。有研究發(fā)現(xiàn)[2]基于CESM的影像組學(xué)對(duì)乳腺良性及惡性病變鑒別的診斷效能AUC可達(dá)0.802。另一項(xiàng)基于紋理分析的研究發(fā)現(xiàn)，通過影像組學(xué)可提供腫瘤組織學(xué)分型等信息。

綜上，我們認(rèn)為影像組學(xué)可全面、無創(chuàng)、定量觀察觀察腫瘤形態(tài)，對(duì)腫瘤的發(fā)展過程隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)腫瘤的診斷提供可靠依據(jù)。同時(shí)為乳腺 MRI 禁忌癥患者（如幽閉恐懼癥、體內(nèi)金屬置入、心臟起搏器的）提供了一種更有效、更方便、更廉價(jià)的檢查方法。本研究屬于回顧性研究，樣本量較小，尚需大樣本相關(guān)研究進(jìn)行證實(shí)。