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        ADC直方圖分析在胃腸道間質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用

        2021-05-06 03:06:42陳婷婷魏明翔朱艷柏根基
        磁共振成像 2021年2期
        關(guān)鍵詞:危險(xiǎn)度危組直方圖

        陳婷婷,魏明翔,朱艷,柏根基

        胃腸道間質(zhì)瘤(gastrointestinal stromal tumors,GIST)是最常見的消化道原發(fā)間葉源性腫瘤,來(lái)源于未定向分化的間質(zhì)細(xì)胞,它的分子生物學(xué)特點(diǎn)是c-kit 基因突變導(dǎo)致的酪氨酸激酶受體的持續(xù)活化,從而刺激腫瘤細(xì)胞持續(xù)性的增殖。組織標(biāo)本鏡下可見多數(shù)梭形細(xì)胞,并且免疫組化監(jiān)測(cè)顯示CD117 和CD34 過(guò)度表達(dá),有助病理學(xué)的最終診斷[1]。GIST可以發(fā)生于胃腸道的任何部位,多見于胃及小腸,其次為結(jié)直腸、食管,腸系膜、腹腔韌帶及網(wǎng)膜部位發(fā)生較少見。GIST具有潛在惡性,美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)關(guān)于原發(fā)GIST的危險(xiǎn)度分級(jí)方案2008年改良版是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)可的GIST危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]。根據(jù)該方案GIST 可分為極低危險(xiǎn)度、低危險(xiǎn)度、中危險(xiǎn)度及高危險(xiǎn)度。多數(shù)學(xué)者經(jīng)過(guò)臨床隨訪實(shí)踐得出極低及低危險(xiǎn)度GIST可以完全手術(shù)切除治療,而中、高危險(xiǎn)度的GIST 患者術(shù)后有復(fù)發(fā)或者轉(zhuǎn)移的可能,進(jìn)行分子靶向藥物的輔助治療很有必要,因此,明確腫瘤病理學(xué)分級(jí)可以為GIST 患者選擇具體的臨床治療方案提供重要的參考價(jià)值。

        1 材料和方法

        1.1 一般臨床資料

        回顧性收集研究分析淮安市第一人民醫(yī)院2014年8月至2020 年6 月入院且經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)的胃腸道間質(zhì)瘤患者44例。其中胃間質(zhì)瘤19例,十二指腸間質(zhì)瘤3例,小腸間質(zhì)瘤19 例,大腸間質(zhì)瘤3 例,共44 個(gè)病灶,測(cè)量術(shù)前病灶直徑大小范圍1.2~31 cm,平均直徑(9.1±8.8) cm。其中男性19 例,女性25例,年齡38~83歲,平均年齡(60±11)歲。根據(jù)NIH分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組,其中極低危及低危組12例,中危組9例,高危組23例。極低危及低危組男性4例、女性8例,平均年齡(55±10)歲;中危組男性2例、女性7例,平均年齡(64±11)歲;高危組男性13例、女性10例,平均年齡(60±10)歲。臨床表現(xiàn)上腹部不適22例,消化道出血4例,體檢發(fā)現(xiàn)16例。MR檢查前未做手術(shù)或者藥物治療。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有患者均知情同意。

        1.2 檢查方法

        采用德國(guó)西門子AVANTO 1.5 T磁共振成像儀和標(biāo)準(zhǔn)腹部線圈,常規(guī)檢查及成像參數(shù)如下:T1WI軸位(包括同反相位、脂相和壓脂相,TR/TE:226/7.15 ms,層厚5 mm,間隔0,NEX 3,F(xiàn)OV 370 mm×370 mm,矩陣500×640)、T2WI軸位壓脂、T2WI冠狀 位(TR/TE:4500/752 ms,層 厚5 mm,間 隔0,NEX 3,F(xiàn)OV 350 mm×350 mm,矩陣384×512)及擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)(TR/TE:570/70 ms,層厚5 mm,間隔0,NEX 3,F(xiàn)OV 380 mm×380 mm,矩陣128×128,b 值=0、700 s/mm2):患者均行胃腸道準(zhǔn)備,禁食12 h,并口服600~2000 mL不等的純凈水,屏氣掃描全腹部,同時(shí)掃描DWI,自動(dòng)生成ADC圖。

        1.3 圖像處理與分析

        1.3.1 圖像選取

        從淮安市第一人民醫(yī)院PACS工作站找出44例患者的磁共振圖像,以DCM 格式導(dǎo)出,再導(dǎo)入3D Slicer 軟件,對(duì)照DWI 圖像,在ADC圖像上選取病變的所有顯示層面,進(jìn)行ROI的勾畫。

        1.3.2 直方圖分析

        本研究所使用的3D Slicer (Slicer4.10.2)軟件是由哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的一個(gè)免費(fèi)開源的圖像分析處理平臺(tái)。在進(jìn)行軟件分析前,將圖片導(dǎo)入軟件內(nèi),由2 名具有多年影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師參照DWI 同層面圖像勾畫腫瘤的ROI,使研究具有可靠性。通過(guò)3D Slicer 軟件在ADC軸位圖像上手動(dòng)勾畫腫瘤的每一層ROI,包含腫瘤內(nèi)的壞死及囊變區(qū),標(biāo)記圖像見圖1,為低危險(xiǎn)度的胃腸道間質(zhì)瘤的樣本示例,圈出并用紅色填充其中一層腫瘤區(qū)域。逐層勾畫形成3D圖像,自動(dòng)生成相應(yīng)的直方圖參數(shù):第10百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、偏度、均勻度、變異度、峰度、全距、均值、中位數(shù)、最大值和最小值。將利用3D Slicer 軟件生成的數(shù)據(jù)錄入SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件,重建出各個(gè)參數(shù)的ADC直方圖。

        1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        利用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。由2 名放射科診斷醫(yī)師共同商討確定ROI,并將ADC 直方圖各個(gè)參數(shù)記錄下來(lái),作為最終結(jié)果來(lái)應(yīng)用。將44 例患者按照極低危與低危組、中危組及高危組分成3 組,利用成組設(shè)計(jì),采用Levene 方差齊性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)計(jì)量資料是否符合正態(tài)分布,正態(tài)分布的資料以±s 表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn);偏態(tài)分布的資料采用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示,組間比較采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)。利用ROC 曲線評(píng)價(jià)ADC 直方圖各參數(shù)值鑒別不同危險(xiǎn)級(jí)別GIST 的效能,并計(jì)算出ROC 曲線的AUC、最佳診斷閾值以及相應(yīng)的敏感度、特異度。雙側(cè)P<0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 各組腫瘤ADC直方圖分析

        得出的各個(gè)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。經(jīng)過(guò)直方圖分析得到的11 個(gè)參數(shù)中,在三組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的是最小值及第10百分位數(shù)(P均<0.05),另外的9個(gè)參數(shù)在三組腫瘤間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。兩兩比較顯示,平均值、中位數(shù)、第10百分位數(shù)在極低危及低危組與高危組兩組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05),最小值在極低危及低危組與中危組之間、極低危及低危組與高危組之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P 均<0.05),其余參數(shù)在兩組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

        圖1 女,56 歲,小腸間質(zhì)瘤(低危險(xiǎn)度)。A:軸位ADC 標(biāo)記后圖像;B:軸位DWI 圖像,病灶呈高信號(hào);C:軸位T1WI 圖像(同相位),病灶呈等信號(hào);D:軸位T2WI圖像,病灶呈稍高信號(hào)

        表1 三組胃腸道間質(zhì)瘤直方圖參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        續(xù)表1 三組胃腸道間質(zhì)瘤直方圖參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

        2.2 各組腫瘤直方圖參數(shù)的診斷效能

        利用ROC曲線分析其中兩個(gè)參數(shù),最小值、第10百分位數(shù)在3 組腫瘤之間的鑒別診斷效能,并進(jìn)行兩兩比較,其中在極低危及低危組與中危組之間最小值的鑒別診斷效能較高,曲線下面積為0.750,分析得出的敏感度為88.89%,特異度為58.33%,最佳臨界值為0。中危組與高危組之間第10 百分位數(shù)的曲線下面積為0.638,敏感度為91.30%,特異度為44.44%,最佳臨界值為1021,鑒別效能較高。極低危及低危組與高危組之間第10 百分位數(shù)鑒別診斷效能較高,曲線下面積為0.786,敏感度為91.30%,特異度為66.67%,最佳臨界值為1021(見表2~4,圖2~4)。其中第10 百分位數(shù)鑒別診斷效能較最小值作用稍強(qiáng)。

        3 討論

        3.1 ADC直方圖分析方法的優(yōu)勢(shì)

        以往研究[2-5]中,胃腸道間質(zhì)瘤的危險(xiǎn)度分級(jí)主要是基于腫瘤體積的大小、部位、形態(tài)、邊界、有無(wú)囊變壞死、信號(hào)或密度均勻度、強(qiáng)化方式及有無(wú)轉(zhuǎn)移等影像表現(xiàn)。近年來(lái)較多的研究[3,6-9]是利用DWI 功能成像及單層面測(cè)量ADC 值來(lái)鑒別腫瘤的良惡性程度,若腫瘤體積較大時(shí),內(nèi)部病理成分顯然不單一,測(cè)量單層面的ADC 值必然存在局限性,從而會(huì)導(dǎo)致部分診斷信息的缺失。另外,ROI的選取很大程度上決定著ADC值的數(shù)值大小,尤其是較小體素面積的ROI 的選取,得到的數(shù)值偏倚的可能性較大,難以全面評(píng)價(jià)病變。ADC直方圖分析作為新興技術(shù)中最常用的醫(yī)學(xué)圖像紋理參數(shù)分析,能夠?qū)δ[瘤整個(gè)病灶A(yù)DC 值進(jìn)行全容積的紋理分析,具有更高的客觀性及可重復(fù)性,更能反映腫瘤灶的整體情況[10-11]。ADC值直方圖分析已經(jīng)應(yīng)用于多項(xiàng)腫瘤研究,比如腦膠質(zhì)瘤[12]、室管膜瘤[13]、腎透明細(xì)胞癌[14]、前列腺癌[15]及宮頸癌[16]的鑒別及分級(jí)診斷,然而,目前關(guān)于胃腸道間質(zhì)瘤危險(xiǎn)度分級(jí)采用紋理分析的研究卻少有文獻(xiàn)報(bào)道[17-19]。

        3.2 DWI及ADC在GIST診斷中的意義

        DWI能夠從組織分子學(xué)的角度反映腫瘤的細(xì)微變化,作為磁共振的功能成像技術(shù),主要原理是通過(guò)表示腫瘤組織中水分子的擴(kuò)散受限程度來(lái)反映腫瘤的惡性程度,從而通過(guò)DWI圖像得出的ADC 值可以定量反映腫瘤組織的相關(guān)改變。此外,本研究所采用的直方圖感興趣區(qū)的選取包括了腫瘤實(shí)質(zhì)以及其他不均質(zhì)性部分,比如腫瘤的壞死、囊變和出血。本研究通過(guò)3D Slicer 軟件對(duì)圖像中給定感興趣區(qū)進(jìn)行直方圖紋理分析[20],得出的11 個(gè)參數(shù):偏度、均勻度、中位數(shù)、變異度、第10 百分位數(shù)、第90 百分位數(shù)、平均值、峰度、全距、最大值、最小值,其中在3 組間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)是最小值及第10 百分位數(shù),主要是由于GIST 較易發(fā)生囊變、壞死等改變,導(dǎo)致不同區(qū)域的腫瘤細(xì)胞密度和惡性分化程度不一致,因而腫瘤的主體實(shí)性成分更能反映水分子擴(kuò)散受限情況。有研究顯示[21],最小值能夠反映腫瘤細(xì)胞的分化程度,與本研究結(jié)果基本一致。ADC 直方圖分析中,低百分位數(shù)的ADC 值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說(shuō)明病理等級(jí)越高,低百分位數(shù)ADC 值越能夠反映其生物學(xué)特性;中高危組的低百分位數(shù)ADC 值低于極低危及低危組說(shuō)明了腫瘤細(xì)胞惡性程度的趨勢(shì),因此,本研究認(rèn)為在胃腸道間質(zhì)瘤低百分位數(shù)的ADC 值更能夠代表其病理等級(jí)的程度。

        3.3 研究的局限性

        本研究的局限性:(1)極低及低危險(xiǎn)度的胃腸道間質(zhì)瘤在臨床上多無(wú)明顯癥狀,多為意外發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致病例數(shù)據(jù)較少,今后研究中要增加相關(guān)的病例和數(shù)據(jù),從而提高研究的可靠性及嚴(yán)謹(jǐn)性;(2)胃腸道病變由于腸道氣體干擾,導(dǎo)致圖像分辨率低,特別是ADC 圖,明確分辨勾畫腫瘤的邊緣尚有難度,本研究參照DWI 圖像來(lái)勾畫腫瘤的邊界,仍然有圖像配準(zhǔn)的問(wèn)題有待解決,今后的研究中希望能夠引入計(jì)算機(jī)智能自動(dòng)化來(lái)勾畫圖像的方法解決。

        表2 最小值及第10百分位數(shù)對(duì)極低危及低危組與中危組的鑒別診斷效能

        表3 最小值與第10百分位數(shù)對(duì)中危組及高危組的鑒別診斷效能

        表4 最小值與第10百分位數(shù)對(duì)極低危及低危組與高危組的鑒別診斷效能

        圖2 極低危及低危組與中危組的ROC曲線,最小值曲線下面積為0.750 圖3 中危組及高危組的ROC曲線,第10百分位數(shù)曲線下面積為0.638 圖4 極低危及低危組與高危組的ROC曲線,第10百分位數(shù)曲線下面積為0.786

        4 結(jié)論

        本研究最后結(jié)果表明,第10 百分位數(shù)與最小值兩個(gè)參數(shù),雖然不能完全區(qū)分鑒別極低危及低危組、中危組與高危組的病變,但是能夠區(qū)分極低危及低危組與高危組的間質(zhì)瘤病變,ADC圖的直方圖分析在胃腸道間質(zhì)瘤危險(xiǎn)度分級(jí)診斷中存在一定的價(jià)值,臨床上可以用作鑒別胃腸道間質(zhì)瘤不同危險(xiǎn)級(jí)別的有效參考依據(jù)。

        作者利益沖突聲明:全體作者均聲明無(wú)利益沖突。

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