孫祺琳 劉洋 陳駿 楊雅驪 李夢(mèng) 徐慧 劉科

縱行黑甲(Longitudinal melanonychia，LM)是臨床甲病中的常見體征，表現(xiàn)為為單發(fā)或多指(趾)甲下灰色、棕色或黑色的縱行色素斑，伴或不伴甲板損害及甲周皮膚黑染(Hutchinson征)。其病因多樣，包括生理性、藥物性、外傷性、綜合征以及黑素源性。黑素源性LM中的甲黑素活化(Melanocytic activation，MA)及甲下色素痣(Nail matrix nevus，NMN)，以往僅能通過臨床經(jīng)驗(yàn)和組織病理檢查進(jìn)行診斷，易受主觀因素影響，診斷符合率僅為69.0%，極易誤診漏診。因此，臨床多采用甲活檢以確保診斷的正確性，但由于甲解剖部位的特殊性，盲目活檢可能導(dǎo)致永久性甲營(yíng)養(yǎng)不良，且術(shù)后容易復(fù)發(fā)[1]。因此，建立一種客觀、準(zhǔn)確、無創(chuàng)、高效的術(shù)前評(píng)估方法具有重要的臨床意義。本研究為回顧性研究，采用臨床及皮膚鏡影像結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)系統(tǒng)，定量檢測(cè)患甲顏色、亮度分量方差等多種數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)患甲進(jìn)行MA和NMN的二分類識(shí)別，希望為臨床提供一種較為客觀、準(zhǔn)確的輔助診斷方法。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院2019年1月至2020年4月進(jìn)行組織病理檢查的17例LM患者的臨床及組織病理學(xué)資料。17例患者中男10例，女7例；年齡12～70歲，平均36.8歲；病程3個(gè)月到9年不等，所有患者均無明顯誘因下出現(xiàn)皮疹，無外傷史及其他病史。皮損發(fā)生于左手9例，右手6例，右足2例；指甲15例、趾甲2例。發(fā)生于指甲的皮損位于拇指5例、食指2例、中指3例、無名指4例、小指1例，發(fā)生于趾甲的皮損分別位于大拇趾和第2趾。17例患者中，16例皮損表現(xiàn)為單純甲黑線，1例表現(xiàn)為全甲黑變，顏色較均一，邊界清晰，甲周皮膚均未累及。

所有患者均具有詳細(xì)臨床病史、臨床或皮膚鏡照片，均取部分或全部甲母質(zhì)組織行固定切片及HE染色，疑問切片加行免疫組化檢查或會(huì)診，最終得出病理診斷。

1.2 方法

1.2.1 儀器設(shè)備

采用德國(guó)CK公司的Dermlite 3手持皮膚鏡、中國(guó)臺(tái)灣CBS公司的CBS-805高清皮膚分析儀(皮膚鏡工作平臺(tái))采集患甲皮膚鏡圖像。采集患甲術(shù)前臨床大體圖像。

1.2.2 皮膚鏡檢查

于甲板表面行接觸式皮膚鏡偏振光檢查，根據(jù)國(guó)際黑甲研究學(xué)組的共識(shí)，對(duì)縱行黑甲皮膚鏡特點(diǎn)(出血點(diǎn)、棕色背景、不規(guī)則線條、規(guī)則線條、灰色背景伴灰色條帶、色素顆粒、Hutchinson征、micro-Hutchinson征、甲板損毀)進(jìn)行描述和記錄。

1.2.3 計(jì)算機(jī)圖像處理

在上述臨床及皮膚鏡圖像中，分別提取正常及異常指(趾)甲區(qū)域，對(duì)區(qū)域內(nèi)像素分類進(jìn)行特征計(jì)算，例如在Lab顏色空間(12種顏色)計(jì)算正常區(qū)域的均值方差(mL、ma、mb、sL、sa、sb)及正常異常區(qū)域均值方差的差值(dmL、dma、dmb、smL、sma、smb)，以及醫(yī)生補(bǔ)充的診斷信息，例如異常區(qū)域占指甲的比例(pa)、條紋數(shù)目(ns)。通過分析正常及異常指(趾)甲區(qū)域內(nèi)所計(jì)算特征的差異分布，對(duì)LM進(jìn)行NMN和MA的二分類概率預(yù)測(cè)(圖1)。

圖1 基于LM影像的診斷算法步驟Fig.1 Step of diagnosis algorithm based on LM image

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用Scikit-learn工具包對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果

2.1 縱行黑甲的臨床特征

本組17例患者中，最終診斷為MA的患者10例，男女各半，平均年齡為41.6歲；診斷為NMN的患者7例，男5例，女2例，平均年齡29.9歲。

2.2 縱行黑甲的皮膚鏡特征

甲板、甲床及甲基質(zhì)可見灰色、棕褐色及黑色的縱線(條紋)、斑片(背景)。指(趾)甲無損毀，甲周Hutchinson征陰性(圖2)。病變區(qū)域與整個(gè)指(趾)甲的寬度比為13%～100%不等，寬度<3 mm者13例，寬度>3 mm者3例。背景上條紋數(shù)量1～4條不等。

圖2 甲下色素痣(左)及甲黑素活化(右)皮膚鏡示意圖Fig.2 Dermoscope diagram of NMN (left) MA (right)

2.3 縱行黑甲的組織病理及免疫組化特征

17例患者中7例表現(xiàn)為NMN，其中交界痣6例、復(fù)合痣1例。病理表現(xiàn)為甲床或甲母質(zhì)上皮內(nèi)見數(shù)個(gè)痣細(xì)胞巢，可伴色素沉著。10例表現(xiàn)為MA，病理表現(xiàn)為甲母質(zhì)、甲床見少量黑色細(xì)顆粒樣色素沉著，未見明顯痣細(xì)胞巢。部分患者行免疫組化檢查，其中S100陽(yáng)性率為57.1%，SOX-10陽(yáng)性率為57.1%，HMB45陽(yáng)性率為33.3%，未見異形細(xì)胞。

2.4 圖像特征計(jì)算結(jié)果

對(duì)Lab顏色空間的12種顏色以及補(bǔ)充信息特征在大體圖和皮膚鏡圖像中分別進(jìn)行單變量特征選擇(Univariate feature selection)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 單變量特征選擇分析Fig.3 Univariate feature selection analysis

大體圖的L亮度分量均值，大體圖正常異常區(qū)域A顏色分量方差差值，皮膚鏡圖像正常異常區(qū)域L亮度分量均值差值，以及皮膚鏡圖像異常區(qū)域L亮度分量方差，是診斷黑甲為甲黑素活化或甲下色素痣最重要的特征。

基于以上4個(gè)特征，由于數(shù)據(jù)量的限制，我們對(duì)17例病例進(jìn)行Leave-One-Out的預(yù)測(cè)評(píng)估方案，使用線性判別分類(LDA)方式進(jìn)行分類學(xué)習(xí)。對(duì)其中只含大體圖不含皮膚鏡圖像的情況，缺失特征使用單特征imputation策略進(jìn)行操作。4個(gè)特征決策面可視化如圖4所示，Leave-one-out的混淆矩陣(Confusion matrix)如圖5所示。結(jié)果顯示，通過以上特征分析，在僅使用大體圖進(jìn)行分析預(yù)測(cè)時(shí)，診斷準(zhǔn)確率只能達(dá)到64.7%，而加入皮膚鏡圖像后，準(zhǔn)確率能夠提升到85.7%。

圖4 LDA分類可視化Fig.4 LDA classification visualization

圖5 混淆矩陣評(píng)估Fig.5 Obfuscation matrix evaluation

3 討論

黑素源性LM根據(jù)病理分為4類，包括甲黑素活化、甲下雀斑樣痣、甲下色素痣和甲下黑素瘤。根據(jù)發(fā)病機(jī)制，又可分為2類，黑色素細(xì)胞增生型(包括甲下色素痣和甲下黑色素瘤)和黑色素細(xì)胞活化型(甲黑素活化)，甲下雀斑樣痣分類不確定，有認(rèn)為是早期的NMN，也有認(rèn)為是MA的一種表現(xiàn)[2-3]。MA是指甲基質(zhì)中黑素細(xì)胞合成黑色素增多，但黑素細(xì)胞的數(shù)量沒有增加。在成人單發(fā)LM中，73%為MA所致[4]，與本研究中的10/17(59%)較為接近，一般臨床隨訪即可，應(yīng)盡量避免甲活檢造成甲變形或甲損毀。近期，有文獻(xiàn)報(bào)道用皮秒激光治療2例MA獲得痊愈[5]。黑色素細(xì)胞增生型LM有甲下黑色素瘤的風(fēng)險(xiǎn)，亞洲人惡性黑色素瘤發(fā)生在指/趾甲的可能性更高[6-7]，需要通過皮膚鏡、甲活檢等有效手段進(jìn)行確診。

當(dāng)前，皮膚鏡已廣泛應(yīng)用于LM的診斷，是一種無創(chuàng)的皮膚成像技術(shù)，通過光學(xué)放大技術(shù)和偏振光技術(shù)來獲取圖像，可以提高LM診斷的準(zhǔn)確率。本研究中，基于對(duì)LM大體圖像的相關(guān)特征分析，在加入皮膚鏡圖像后，準(zhǔn)確率由原來的64.7%提升到85.7%，證實(shí)了應(yīng)用皮膚鏡可以提高LM診斷的準(zhǔn)確率。

甲板皮膚鏡觀察到直徑≤0.1 mm的黑色素顆粒，則病變?yōu)楹谒丶?xì)胞來源，需進(jìn)一步判斷其背景及條紋色素是灰色、棕色或黑色。通常認(rèn)為，灰色條帶指向甲黑素活化，棕色或黑色條帶指向甲黑素細(xì)胞增生(包括甲下色素痣及甲黑素瘤)[9]。

管理LM患者的主要挑戰(zhàn)之一是將甲下黑素瘤與良性LM區(qū)分開。相關(guān)研究眾多[8-10]，比較公認(rèn)的為ABCDEF法則[10]：Age，患者年齡(發(fā)病的峰年齡為50歲)；Band of Brown/Black color，黑色/棕色條帶，寬度>3 mm，邊緣不規(guī)則/模糊；Change，條帶變化較快；Digit involved，受累的指/趾黑素瘤可能的風(fēng)險(xiǎn)由高到低排列為拇指>大腳趾>示指>任何單指>多指；Extension，色素?cái)U(kuò)展到近端或者兩側(cè)甲皺襞(Hutchison征)或指尖；Family history，黑素瘤的家族史。上述模型僅針對(duì)良惡性LM進(jìn)行分類，對(duì)于良性LM是否需要活檢未進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型中，對(duì)黑甲的寬度做了數(shù)值定義，但對(duì)黑甲的顏色未進(jìn)行數(shù)值化的劃分。在實(shí)際臨床工作和皮膚鏡檢測(cè)中，灰色與淺棕色條帶較難區(qū)分，棕色的深淺也較難界定，存在一定的主觀性和不確定性。

我們對(duì)LM大體圖像和皮膚鏡圖像應(yīng)用單變量特征分析，認(rèn)為大體圖的L亮度分量均值，大體圖正常異常區(qū)域A顏色分量方差差值，皮膚鏡圖像正常異常區(qū)域L亮度分量均值差值以及皮膚鏡圖像異常區(qū)域L亮度分量方差，是分類診斷LM最重要的特征，說明NMN和MA的臨床影像在顏色和亮度方面有顯著差異。該模型可對(duì)未知LM進(jìn)行二分類概率預(yù)測(cè)，指導(dǎo)臨床是否需要甲活檢。

該模型可提高早期甲惡性黑色素瘤的檢出率，避免良性病變的過度醫(yī)療，優(yōu)化患者的診療方案和改善患者預(yù)后。當(dāng)然，由于甲解剖結(jié)構(gòu)的特殊性，LM的皮膚鏡下模式常常會(huì)發(fā)生改變，皮膚鏡下表現(xiàn)為規(guī)則淺色、棕色條帶模式的黑甲病例在組織病理學(xué)檢查后診斷為原位黑素瘤的案例也有報(bào)道，故密切隨訪尤其重要。

本研究的局限性在于樣本量較小(n=17)，且缺乏甲黑色素瘤的病例，我們將以本研究為基礎(chǔ)，繼續(xù)收集LM病例，通過前瞻性的組間對(duì)照研究，獲取更有意義的算法模型。