金啟成 呂江紅 許立龍 魏洪芬 湯桐芳 張傳菊 李世巖

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科（杭州 310016）

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤［1］。超聲檢查是乳腺癌篩查的理想方式之一［2］?；谌斯ぶ悄艿挠?jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)已逐步得到應(yīng)用［3-11］。S-Detect 技術(shù)可自動(dòng)對(duì)乳腺病灶進(jìn)行識(shí)別及良惡性鑒別［2］，具有顯著臨床應(yīng)用價(jià)值［13-16］。然而，病灶的病理類型、最大徑、年齡、所在象限以及深度均會(huì)對(duì)S-Detect 結(jié)果產(chǎn)生影響［17］。因此，如何正確使用S-Detect 技術(shù)，避免影響因素對(duì)其診斷準(zhǔn)確性的干擾，也成為需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問題。超聲成像參數(shù)的理想調(diào)節(jié)是獲得準(zhǔn)確診斷的前提。那么不同的超聲成像參數(shù)調(diào)節(jié)是否會(huì)對(duì)S-Detect 技術(shù)產(chǎn)生影響尚未明確。本研究將通過在不同超聲成像參數(shù)設(shè)置的條件下，利用S-Detect 技術(shù)對(duì)乳腺病灶的良惡性進(jìn)行判斷，旨在分析其影響并探討可能最佳的成像參數(shù)條件。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象前瞻性選取2021年10月至2022年3 月期間因乳腺結(jié)節(jié)就診于我院的患者。入選標(biāo)準(zhǔn)：（1）常規(guī)超聲檢查發(fā)現(xiàn)乳腺腫塊型病灶；（2）病灶大小范圍適中（能清楚分辨病灶形狀，同時(shí)最大徑小于單一切面顯示范圍，本研究中范圍為0.5 ～7.0 cm 之間）。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）檢查前已接受術(shù)前新輔助治療的患者；（2）檢查前已于外院進(jìn)行手術(shù)或穿刺活檢者；（3）采集數(shù)據(jù)不完全者。本研究方案經(jīng)過我院倫理委員會(huì)審批通過（編號(hào)：2022-0354），所有入選患者均對(duì)研究?jī)?nèi)容知情，且同意參加。最終入選133 例患者，143 個(gè)病灶。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器采用三星RS80A 型彩色多普勒超聲診斷儀，L3-12A 線陣探頭，頻率3.0 ～ 12.0 MHz。采用乳腺超聲檢查預(yù)設(shè)置。

1.2.2 圖像采集所有圖像采集由3 名具有乳腺超聲檢查5 年以上經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師獨(dú)立完成。患者取平臥位，雙側(cè)上臂高舉，充分暴露乳腺區(qū)域。首先使用常規(guī)超聲全面掃查雙側(cè)乳腺，發(fā)現(xiàn)病灶后對(duì)其位置、大小等信息進(jìn)行記錄，以便同側(cè)乳腺發(fā)現(xiàn)多個(gè)結(jié)節(jié)時(shí)，能夠?qū)⒊暀z查與病理組織學(xué)檢查一一對(duì)應(yīng)。于病灶最大徑切面采集二維圖像，采集時(shí)將根據(jù)研究設(shè)計(jì)方案對(duì)超聲成像參數(shù)分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體包括以下5 種情況：（1）基準(zhǔn)圖（Basic parameter image， BPI）：?jiǎn)蝹€(gè)焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位于病灶中部水平。掃查深度適中，即將目標(biāo)病灶大部分置于圖像的正中部位。輝度適中，能清晰顯示圖像及周邊正常組織（圖1A）。（2）雙焦點(diǎn)圖（Dual focus image， DFI）：兩個(gè)焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位于病灶中部水平。其余參數(shù)調(diào)節(jié)與BPI 一致（圖1C）。（3）焦點(diǎn)過淺圖（Superficial focus location image， SFLI）：?jiǎn)蝹€(gè)焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位于圖像最表淺處。其余參數(shù)調(diào)節(jié)與BPI 一致。因焦點(diǎn)深度最淺為0.4 cm，若病灶腹側(cè)面距皮膚距離≤ 0.4 cm，則放棄該組圖像的采集（圖1E）。（4）焦點(diǎn)過深圖（Deeper focus location image， DFLI）：?jiǎn)蝹€(gè)焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位于圖像最深處。其余參數(shù)調(diào)節(jié)與BPI 一致（圖1G）。（5）掃查深度過深圖（Scanning too deep image， STDI）：掃查深度過深，將病灶置于整個(gè)圖像的上三分之一水平。其余參數(shù)調(diào)節(jié)與BPI 一致（圖1I）。

圖1 同一乳腺結(jié)節(jié)在不同參數(shù)設(shè)置條件下的二維超聲圖像及其對(duì)應(yīng)的S-Detect 分析圖Fig.1 Two-dimensional ultrasound images of the same breast nodule under different parameter settings and their corresponding S-Detect analysis images.

1.2.3 S-Detect 技術(shù)將采集好的圖像分別進(jìn)行S-Detect 輔助診斷，應(yīng)用“Target Point”標(biāo)定功能，點(diǎn)擊病灶中央部位后，機(jī)器自動(dòng)識(shí)別并勾畫病灶邊界。若自動(dòng)識(shí)別與實(shí)際肉眼觀察差別較大，則稍移動(dòng)目標(biāo)位置，再次自動(dòng)識(shí)別，直至滿意為止，若嘗試3 次均無法達(dá)到滿意效果，則啟動(dòng)“Point Edit”功能，對(duì)勾畫邊界進(jìn)行調(diào)整。待達(dá)到理想勾畫邊界之后，S-Detect 將自動(dòng)給出“可能良性”或“可能惡性”的診斷意見。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別病灶的相關(guān)特征，包括病灶形狀、方位、內(nèi)部回聲、后方特征等。此時(shí)，保存靜態(tài)圖像以備后續(xù)分析統(tǒng)計(jì)（圖1B、D、F、H、J）。

1.3 “金標(biāo)準(zhǔn)”獲得為了分析不同成像參數(shù)設(shè)置條件下的診斷效能，本研究采用組織病理學(xué)診斷為“金標(biāo)準(zhǔn)”，病理標(biāo)本的獲得方式包括手術(shù)切除或超聲引導(dǎo)下穿刺活檢。對(duì)于同時(shí)存在手術(shù)切除病理及穿刺活檢病理的病灶，且患者在手術(shù)切除之前未進(jìn)行新輔助化療者，以手術(shù)病理結(jié)果為準(zhǔn)；若患者在手術(shù)切除之前已接受了新輔助化療，則以治療前穿刺活檢病理結(jié)果為準(zhǔn)。所有作為“金標(biāo)準(zhǔn)”的病理結(jié)果，與S-Detect 超聲檢查之間的時(shí)間間隔均不超過1 個(gè)月。

對(duì)于未獲得病理結(jié)果的入選病灶，因其不影響S-Detect 給出良惡性診斷意見及超聲特征判讀，因此僅納入一致性分析研究。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 26.0 軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。以BPI 為對(duì)照，采用kappa檢驗(yàn)及McNemar 檢驗(yàn)對(duì)不同成像參數(shù)條件下的診斷一致性進(jìn)行分析，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)成像參數(shù)設(shè)置條件下對(duì)病灶形狀、方位、后方特征、內(nèi)部回聲四個(gè)超聲特征判讀的一致性。將Kappa 值0.8 ～ 1.0 設(shè)置為一致性完美，Kappa 值0.6 ～ 0.8 為一致性良好，Kappa 值0.4 ～ 0.6 設(shè)置為一致性中等［18］。根據(jù)“金標(biāo)準(zhǔn)”繪制上述BPI 及不同成像參數(shù)條件下的受試者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線，并計(jì)算曲線下面積（area under curve，AUC），評(píng)價(jià)不同成像參數(shù)條件下的診斷效能。AUC 間的比較采用Delong 檢驗(yàn)。以P＜ 0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況最終入選133例患者，共143個(gè)病灶，患者年齡16 ～ 76 歲，平均（44.01 ± 1.25）歲。病灶最大徑0.53 ～ 6.31 cm，平均（1.93 ± 0.88 ）cm。所有入選病灶的圖像采集情況及病理結(jié)果獲取情況見表1。110 個(gè)有病理結(jié)果的結(jié)節(jié)中，良性病灶44 個(gè)，惡性病灶66 個(gè)。在診斷一致性分析中，4 種不同設(shè)置分別與BPI 比較，所有采集了相應(yīng)圖像的病灶均納入統(tǒng)計(jì)分析。在診斷效能比較中，排除無病理結(jié)果的33 個(gè)病灶，另110 個(gè)病灶納入統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 不同成像參數(shù)條件下的診斷一致性對(duì)比本研究首先針對(duì)不同成像參數(shù)條件下S-Detect 所獲得的病灶形狀、方位、后方特征、內(nèi)部回聲這四個(gè)相對(duì)常用的超聲特征進(jìn)行一致性分析（見表2-5）。結(jié)果顯示，在STDI 條件下，S-Detect 判斷的病灶形狀和內(nèi)部回聲與BPI 的判讀一致性為各個(gè)參數(shù)條件中最低，并且存在顯著性差異。在DFLI 條件下，S-Detect 判斷方位及內(nèi)部回聲與BPI 的判讀一致性為中等，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 病灶形狀在不同成像條件下與BPI 的比較Tab.2 Comparison of the lesion shape with BPI under different imaging conditions例

表3 方位在不同成像條件下與BPI 的比較Tab.3 Comparison of the lesion orientation with BPI under different imaging conditions例

表4 后方特征在不同成像條件下與BPI 的比較Tab.4 Comparison of the lesion posterior features with BPI under different imaging conditions例

表5 內(nèi)部回聲在不同成像條件下與BPI 的比較Tab.5 Comparison of the lesion echo pattern with BPI under different imaging conditions

此后，再針對(duì)不同成像參數(shù)條件下S-Detect 所獲得的良惡性判斷結(jié)果進(jìn)行一致性分析（表6）。同樣可以看出，在STDI 條件下，S-Detect 判斷病灶良惡性與BPI 的診斷一致性為最低，且存在顯著性差異。其余各參數(shù)條件下對(duì)良惡性判斷與BPI的一致性為完美或者良好，且差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表6 良惡性判斷在不同成像條件下與BPI 的比較Tab.6 Comparison of the judgment of the nature （benign of malignant） of lesions under different imaging conditions with BPI 例

2.3 不同參數(shù)設(shè)置條件下診斷效能的比較本研究共納入143個(gè)病灶，獲得明確病理結(jié)果者110例，其中惡性66例，良性44例。根據(jù)在BPI、DFI、DFLI、STDI 四種參數(shù)設(shè)置條件下S-Detect 獲得的良惡性判斷結(jié)果，分別繪制ROC 曲線，其判斷乳腺病灶良惡性的AUC 依次為0.788（0.697 ～ 0.879），0.723（0.623 ～ 0.824），0.807（0.719 ～ 0.895），0.716（0.618 ～0.814），各參數(shù)設(shè)置條件分別與BPI 對(duì)比，所獲得的AUC之間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P= 0.343、1.232、0.289，圖2）。

圖2 同一乳腺結(jié)節(jié)在基準(zhǔn)條件、雙焦點(diǎn)條件、焦點(diǎn)過深條件、掃查深度過深條件下的診斷效能比較Fig.2 Comparison of diagnostic efficacy of the same breast nodule under BPI， DFI， DFLI， and STDI

由于部分病灶（51 個(gè)）位置過淺，病灶腹側(cè)面距皮膚距離≤ 0.4 cm，無法進(jìn)行焦點(diǎn)過淺的參數(shù)設(shè)置，因此在SFLI 中，共采集92 個(gè)病灶，其中有病理結(jié)果的71 例，包括惡性45 例，良性26 例。繪制針對(duì)該71 例樣本的ROC 曲線，BPI 條件下S-Detect 針對(duì)乳腺病灶良惡性的AUC為0.778（0.660 ～ 0.897），SFLI 條件下的AUC 為0.748（0.625 ～ 0.872）。二者比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P= 0.730，圖3）。

圖3 同一乳腺結(jié)節(jié)在基準(zhǔn)條件、焦點(diǎn)過淺條件下的診斷效能比較Fig.3 Comparison of diagnostic efficacy of the same breast nodule under BPI and SFLI

3 討論

在臨床診斷工作中，超聲圖像質(zhì)量是影響診斷準(zhǔn)確率的重要因素［19］。既往研究顯示不同的參數(shù)條件設(shè)置會(huì)影響超聲圖像的分辨力。例如焦點(diǎn)位置對(duì)橫向分辨力的影響較顯著，焦點(diǎn)過淺會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)聲束過于分散，從而降低超聲圖像的分辨力；焦點(diǎn)過深則指向性不明顯，同樣降低超聲圖像的分辨力［20-21］。

本研究相對(duì)于基準(zhǔn)參數(shù)（BPI）條件，選取了雙焦點(diǎn)（DFI）、焦點(diǎn)位置過淺（SFLI）、焦點(diǎn)位置過深（DFLI）、掃查深度過深（STDI）4 種參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)置，對(duì)比研究其對(duì)S-Detect 技術(shù)判讀乳腺病灶結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，在各個(gè)參數(shù)條件下，相比于BPI 條件而言，均具有良好及以上的診斷一致性（Kappa均 ＞ 0.6），但STDI 條件下診斷一致性最低，且與BPI 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05）。本研究進(jìn)一步探討了病灶形狀、方位、后方表現(xiàn)、內(nèi)部回聲這四個(gè)超聲特征在不同參數(shù)設(shè)置條件下的一致性。結(jié)果顯示，方位及后方表現(xiàn)在不同參數(shù)條件設(shè)置下的判讀一致性處于中等或良好水平（Kappa均 ＞ 0.5）。在常規(guī)超聲判斷病灶良惡性的過程中，形狀及內(nèi)部回聲是相對(duì)重要的兩個(gè)特征。然而，對(duì)于形狀特征而言，受到STDI 條件的影響較大（Kappa=0.489），對(duì)于其余三種參數(shù)條件設(shè)置下，其判讀的一致性處于良好水平（Kappa均 ＞ 0.6）。對(duì)于內(nèi)部回聲特征而言，DFLI 及STDI 兩個(gè)設(shè)置條件下的判讀一致性較低，均處于中等水平（Kappa值分別為0.549 和0.442），但只有STDI 與BPI 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05），同時(shí)，其余設(shè)置的內(nèi)部回聲判讀一致性處于良好水平（Kappa均 ＞ 0.6）。通過對(duì)診斷效能的研究可以看出，相對(duì)于BPI 設(shè)置而言，其他各個(gè)參數(shù)條件下S-Detect 對(duì)乳腺病灶的診斷效能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但對(duì)于上述四項(xiàng)設(shè)置，STDI 的診斷效能最低，且與BPI 之間的差距最大，而DFLI 條件下的診斷效能最佳。

由此可見，雖然焦點(diǎn)位置過深或過淺均會(huì)降低圖像的分辨力，但相對(duì)于其他設(shè)置而言，焦點(diǎn)位置引起的分辨力降低對(duì)于S-Detect 的診斷及特征判讀的影響較小。同時(shí)，雖然在上述各個(gè)超聲參數(shù)設(shè)置條件下進(jìn)行比較，S-Detect 對(duì)乳腺病灶良惡性判斷均有較高的診斷一致性，但是，由于STDI對(duì)于形狀特征及回聲特征的影響較大，因此其診斷效能也相對(duì)最低。

有研究［10-11，22-23］表明，日常工作中容易造成漏診及誤診的原因，常常在于對(duì)細(xì)小特征的識(shí)別及判讀，例如邊界模糊、內(nèi)部回聲弱、病灶形態(tài)不規(guī)則、后方回聲衰減等，而初級(jí)醫(yī)師對(duì)上述細(xì)微特征的辨別能力及診斷經(jīng)驗(yàn)不足，造成漏診及誤診的幾率明顯高于高年資醫(yī)師。S-Detect 技術(shù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，同樣是對(duì)乳腺病灶細(xì)微特征的辨別，其診斷能力高于初級(jí)醫(yī)師水平，與高年資醫(yī)師水平相當(dāng)［24-28］。同時(shí)S-Detect 技術(shù)通過采用原始超聲射頻信號(hào)進(jìn)行分析，減少了部分超聲成像參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)圖像信息的影響。但是，直接調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射及接收的參數(shù)設(shè)置仍然會(huì)對(duì)圖像信息產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而有可能影響到S-Detect 的判斷結(jié)果。STDI 設(shè)置時(shí)，在同等分辨率前提下病灶顯示的相對(duì)更小，對(duì)于病灶邊緣形狀的規(guī)則程度及內(nèi)部細(xì)小回聲特征的辨別能力均會(huì)受到影響，從而可能造成其特征判讀的一致性降低，這也可能是其診斷效能相對(duì)最低的主要原因。

因此，在日常應(yīng)用S-Detect 技術(shù)對(duì)乳腺病灶進(jìn)行良惡性判斷時(shí)，應(yīng)盡量采用合適的掃查深度，盡量將病灶放置在整個(gè)圖像的中央部位，且在完整顯示的前提下被足夠放大，從而避免因掃查深度過深而帶來的診斷效能影響。

本研究的局限性在于：（1）參與采集數(shù)據(jù)人員較多，雖然制定了較為嚴(yán)格的、明確的采圖規(guī)范，但是不同醫(yī)師其采集手法造成的誤差無法避免。（2）對(duì)于乳腺病灶的大小未進(jìn)行分組。有文獻(xiàn)［13］表明，不同大小乳腺病灶的診斷準(zhǔn)確率存在一定的差異。（3）未對(duì)乳腺病灶的具體病理類型進(jìn)行分類，文獻(xiàn)［22］表明計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)對(duì)不同病理類型惡性病灶的敏感性不同，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這些不足之處都有待后續(xù)進(jìn)一步展開研究。

通過對(duì)比不同超聲成像參數(shù)條件下S-Detect技術(shù)對(duì)乳腺病灶超聲特征判讀及良惡性判斷的一致性和診斷效能，本研究發(fā)現(xiàn)，掃查深度若調(diào)節(jié)的過深，其特征判讀的一致性將會(huì)降低，特別是對(duì)于病灶形狀及內(nèi)部回聲，同時(shí)，其對(duì)乳腺病灶良惡性判斷的診斷效能也較其他成像參數(shù)條件更差，且與基準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置之間的差距最大。因此，在日常應(yīng)用SDetect 技術(shù)對(duì)乳腺病灶進(jìn)行判斷和分析時(shí)，雖然可以適當(dāng)?shù)膶?duì)焦點(diǎn)個(gè)數(shù)、焦點(diǎn)位置等超聲成像參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但應(yīng)盡量避免使用過深的掃查深度。

【Author contributions】JIN Qicheng performed the experiments and wrote the article. LV Jianghong and XU Lilong conducted preliminary research. WEI Hongfen， TANG Tongfang and ZHANG Chuanju performed the experiments and took ultrasound pictures. LI Shiyan revised the article and Identified the manuscript.