影像组学在腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤鉴别诊断中的应用

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(编校:李祥婷)
影像组学在腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤鉴别诊断中的应用
余先超1,孙宇凤2,李 鹏1,李 叶1,邵美瑛1,沈 江1
Applicationofradiomicsinthedifferentialdiagn
osisofparotidpleomorphicadenomaandadenolymphomaoftheparotidgland
YUXianchao1,SUNYufeng2,LIPeng1,LIYe1,SHAOMeiying1,SHENJiang
11
WestChinaSchoolofPublicHealth/WestChinaFourthHospital,SichuanUniversity,SichuanChengdu610041,China;2TheSeventh
People'sHospitalofChengdu,SichuanChengdu610021,China.
【Abstract】 Objective:Toevaluatethediagnosticvalueofradiomicsinpatientwithparotidpleomorphicadenomaandadenolymphomaofparotidgland.Methods:CTscanningof52patientswithparotidpleomo
rphicpdenomaand46patientswithadenolymphomawereanalysedretrospectively.Themaximumareaofinterest(ROI)ofthetumorwasanalyzedbyusingthetextureanalysissoftwareMaZda.ThentheRDA,PCA,LDAandNDAintheB11modulewereusedtojudgethedimensionalityreductionmethodofFisherCoefficient,POE+ACC,MI.Thesensitivity,specificity,accuracyandtheerrorratewascalculatedbyusingtheminimumerrordiscriminationmethod.Results:Intexturedis criminantanalysis,MI/RDAandMI/PCAhadthelowesterrorrate(2.04%).ThehighestsensitivityandaccuracywereMI/RDAandMI/PCA.Thesensitivitywas98.08%.Theaccuracywas97.96%,andthespecificitywas100%inMI/NDA.Conclusion:Radiomicscanbeusedtodistinguishpleomorphicadenomaoftheparotidglandfromade nolymphoma.
滚装码头【Keywords】parotid,pleomorphicadenoma,adenolymphoma,radiomics
ModernOncology2021,29(05):0837-0840
【摘要】 目的:探究影像组学在腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤中的鉴别能力。方法:回顾性研究经病理诊断证实的5
2例多形性腺瘤与46例腺淋巴瘤患者CT平扫图像,利用MaZda纹理分析软件对肿瘤最大层面感兴趣区(ROI)进行分析,结合B11模块中的原始数据分析(RDA)、主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、非线性判别分析(NDA)对费希尔系数(Fisher)、分类误差概率与平均相关系数(POE+ACC)、互信息(MI)三种降维方法进行判别,以最小错误判别法作为基准,计算错误率、灵敏度、特异度、准确度。结果:在纹理判别分析中,MI/RDA和MI/PCA的错误率最低(2.04%);在鉴别腮腺肿瘤时,灵敏度和准确度最高的是MI/RDA和MI/PCA,准确度为97.96%,灵敏度为98.08%,特异性最高为MI/NDA(100%)。结论:影像组学可以用于腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤的鉴别。
【关键词】腮腺;多形性腺瘤;腺淋巴瘤;影像组学
【中图分类号】R733.4   【文献标识码】A   DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2021.05.025【文章编号】1672-4992-(2021)05-0837-04
【收稿日期】 2020-03-08【修回日期】 2020-05-08
【基金项目】 四川省科技重点研发项目计划(编号:2018SZ0139);四川大学专职博后研发项目(编号:2018SCU12013)【作者单位】 1四川大学华西公共卫生学院/四川大学华西第四医院,四川 成都 610041
成都市第七人民医院,四川 成都 610021
【作者简介】 余先超(1993-),男,四川泸州人,技师,研究方向:影像组学在颌面肿瘤方面的应用。E-mail:m17761287726@163.com【通讯作者】 沈江(1974-),男,四川成都人,副主任医师,研究方向:影像诊断。E-mail:kfr111@163.com
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738·现代肿瘤医学 2021年03月 第29卷第05期  MODERNONCOLOGY,Mar 2021,VOL 29,No 05
  腮腺肿瘤中以良性肿瘤居多,其中多形性腺瘤与腺淋巴瘤是最常见的两种良性肿瘤,主要手段均为手术切除
[1]
。但多形性腺瘤存在临界瘤特性,容易导致术后复发及
病变细胞转移,甚至恶变[2]
,因此术前对腮腺肿瘤的定性诊
断对于手术方案的制定及预后都有重大意义。细针穿刺活检常被用于手术前的定性诊断,但其特异性和灵敏度低,且
容易造成包膜破裂[
3]
如何无创准确的对肿瘤进行定性、定位诊断显得极为重要。影像组学自2012年由LAMBIN等[4]
提出之后,就被广泛应用于肺癌[5]、头颈癌术后预测[6]、直肠癌淋巴结转移[7]等方面。影像组学分析能大通量获取人肉
眼无法识别的肿瘤纹理特征,这些特征能无创、准确的揭示
肿瘤的病理特点,对肿瘤的定性诊断有独到优势[
8-9]
。故本研究采用影像组学技术对多形性腺瘤与腺淋巴瘤进行讨论,研究影像组学鉴别腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤的可行性。1 资料与方法1.1 一般资料
回顾性研究四川大学华西第四医院2017年03月至2019年10月接诊的腮腺良性肿瘤患者,腮腺多形性腺瘤52例,男性24例,女性28例,年龄26~58岁(平均38.56±10.3岁),腮腺腺淋巴瘤46例,全部为男性,年龄44~75岁(平均54.26±6.8岁)。纳入标准:穿刺活检前两周内完成CT检
查;有明确的手术或病理活检结果;图像清晰完整[10]
;原发
肿瘤,未进行相关。排除标准:CT检查前经过相关治
疗;病历资料不完整;图像伪影干扰明显[11]。
1.2 研究方法
采用16层德国西门子MSCT扫描仪对患者行CT检查。扫描参数:管电压110kV,管电流130mA,Pitch=1.0,层厚5mm;扫描范围:外耳孔至下颌角支部;重建参数为:1mm层
厚,
1mm间距,B20s平滑算法,窗值为Larynx。1.3 纹理分析
由两名放射主治医师从PACS中独立选取患者CT平扫肿瘤最大层面图像,层面不一致时由两人协商确定最大层面,再导出图像至MaZda4.6软件中勾画ROI,勾画ROI前使
用±3sigma方法对图像进行标准化处理[12]
以避免图像间
对比度和亮度差异给分析结果带来的影响。为减少肿瘤周围脂肪成分对结果的影响,勾画ROI时距肿瘤边缘内1mm
进行勾画[11]
。通过MaZda提取的纹理参数有六类:直方图
特征参数、游程共生矩阵、共生矩阵派生参数、梯度参数、自回归模型、小波变换,共300多项。再采用Fisher、POE+ACC、MI三种方法进行降维处理,最后结合B11判别模块中的RDA、LDA、PCA、NDA判别方法,对不同的降维方式进行分析。1.4 研究指标
结合不同的判别分析方法计算不同降维方式的错误率、准确度、敏感度、特异度。1.5 统计学分析
采用SPSS22.0统计学软件进行分析,计量数据用珋x±s表示。采用MaZda4.6提取组间差异最大,组内差异最小的纹理参数,结合B11模块中提供的4种判别方法计算错误率、敏感度、特异度、准确度。2 结果2.1 判别分析
结合B11模块中的四种判别方法(RDA、PCA、LDA、NDA)分别对三种数据降维方法(Fisher、POE+ACC、MI)进行腮腺肿瘤种类判别,结果如图1、表1所示,其中MI/RDA和MI/PCA的错误率最低,为2.04%
图1 ROI手动勾画示意图
A-B:腮腺多形性腺瘤;C-D:腮腺腺淋巴瘤;A、C:CT平扫图像;B、D:勾画ROI图像。激励约束机制
Fig.1 ManualsketchoftheROI
A-B:Pleomorphicadenomaofparotidgland.C-D:Adenolymphomaofparotidgland.A,C:CTimages.B,D:ROIimages.
表1 错误率 (%)Tab.1 Errorrate (%)
MethodRDA/KNNPCA/KNNLDA/KNNNDA/ANNFisher8.168.1629.5913.27POE+ACC7.147.1429.5915.31MI
2.04
2.04
27.55
14.29
2.2 肿瘤类型预测
腮腺肿瘤类型预测结果如图2、表2所示,其中灵敏度和准确度最高的是MI/RDA和MI/PCA,准确度为97.96%,灵
敏度为98.08%,特异度最高是MI/NDA,为100%。3 讨论
腮腺肿瘤约占头颈部肿瘤的3%~6%,且发病率逐年上
升[13]
,主要临床表现为颌面部疼痛、软组织包块[14]
。临床诊
断和手术方案制定主要依靠CT、MRI、超声等影像检查[15]
,但多形性腺瘤与腺淋巴瘤在形态结构、位置、边界特性等方
面均有一定的相似性[3]
而影像医生在诊断过程中主要依靠肿瘤的形态结构、边界是否清晰等进行诊断,如腮腺多形性
腺瘤内部常有小面积梗死灶及微出血[3]
,而腮腺腺淋巴瘤则
常在CT上观察到明显的低密度囊腔影,边界清晰[3]
。因此影像诊断结果带有很强的主观意识,对医生的经验有很高的
·838·余先超,等  影像组学在腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤鉴别诊断中的应用
要求。本实验利用影像组学手段分析肿瘤的异质性,提高了
诊断的精准度,为临床诊断、
手术方案的制定提供了参考。
图2 腮腺肿瘤类型预测
 A:RDA/KNN结果;B:PCA/KNN结果;C:LDA/KNN结果;D:NDA/ANN结果;1代表腮腺多形性腺瘤;2代表腮腺腺淋巴瘤。
Fig.2 Predictionresultsofparotidglandtumortype
 A
铀矿冶:TheRDA/KNNresult.B:ThePCA/KNNresult.C:TheLDA/KNNresult.D:TheNDA/ANNresult.1representspleomorphicadenomaoftheparotidgland.2representsadenolymphomaofparotidgland.培养基
表2 预测结果 (%)Tab.2 Forecastresults (%)
MethodAccuracySensitivitySpecificityFisher/RDA91.8490.7493.18Fisher/PCA91.8490.7493.18Fisher/LDA70.4173.4767.35Fisher/NDA86.7387.883.67POE+ACC/RDA92.8692.4593.33POE+ACC/PCA92.8692.4593.33POE+ACC/LDA70.4171.768.89POE+ACC/NDA84.6987.7681.63MI/RDA97.9698.0897.83MI/PCA97.9698.0897.83MI/LDA72.4573.5871.11MI/NDA
85.71
78.79
100
  影像组学通过高通量获取肿瘤的一阶、二阶、高阶纹理特征进行定量分析,能够运用数学方法分析图像,具有无创、
准确、可重复等优点[16]。杨亮等[11]
运用纹理分析方法判别腮腺良恶性肿瘤,灵敏度为100%,特异度为72.7%;高鑫等[
10]
采用直方图分析鉴别腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤,灵敏度、特异度为60%~94%;赵厚亮等[17]
运用CT纹理分析对腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤进行鉴别,提取了6个特征参
数,灵敏度为60.7%~89.3%,特异度为59.4%~93.7%,准确度为60.1%~
91.4%,但缺乏对肿瘤进行高通量数据分析。多形性腺瘤与腺淋巴瘤在形态结构及CT表现上极为相似,区分难度较大,但两者的内部组织成分却有所不同,必将造成某些纹理特征参数差异明显。故影像组学能够用于鉴别腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤,提高诊断精度。
以往有学者对腮腺肿瘤进行过相关研究[
18]
,但距今为止还未有过运用CT平扫图像对腮腺多形性腺瘤和腺淋巴瘤进行鉴别的报道,平扫检查相比增强检查而言,辐射剂量减少,而且不用注射碘对比剂,相对更加安全,因此,本研究方法适用范围更广。就纹理参数降维方法而言,
MI的错误率比F
isher、POE+ACC的错误率在RDA、PCA、LDA中都要低,在NDA中的错误率比Fisher的错误率稍高1.02%,因此从降维角度来讲,
MI降维方法比其他两种降维方法相对而言更好;而从判别方法来看,PCA和RDA的错误率相同,比LDA和NDA都低,故对于腮腺多形性腺瘤和腺淋巴瘤,运用PCA和RDA能够更好的鉴别这两种肿瘤。因此,从诊断错误率出发,
MI/PCA、MI/RDA能够用于鉴别多形性腺瘤和腺淋巴瘤,而LDA/KNN在三种降维方法中错误率均较高(27.55%~29.59%),不适合用LDA/KNN对腮腺多形性腺瘤和腺淋巴瘤进行鉴别。
从诊断精准度而言,
MI/RDA和MI/PCA的准确度、灵敏度最高,分别是97.96%、98.08%;MI/NDA的特异度最高,为100%,MI/RDA和MI/PCA的特异度为97.83%,因此MI/RDA和MI/PCA在特异度、灵敏度、准确度方面均较高,适合用于腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤的鉴别诊断,而LDA判别方法的诊断效能为6
7.35%~73.58%,诊断效果相对而言较差,不适合用于腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤的鉴别诊断。
本实验还存在一些局限,如实验的病例为单中心样本,病例相对较少,得到的结果难免有一定的偏倚;另外,本文采用的是横断位肿瘤最大层面图像研究,对层面的选择难免有主观偏倚,故仍需要对本实验进行优化改进。
综上所述,影像组学方法能够用于鉴别腮腺多形性腺瘤与腮腺腺淋巴瘤,其中MI/RDA和MI/PCA的诊断效能较
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938·现代肿瘤医学 2021年03月 第29卷第05期  MODERNONCOLOGY,Mar 2021,VOL 29,No 05
迭代开发好,提高了影像诊断的灵敏度、特异度及准确度,对于临床手术方案的制定、患者的预后具有重要意义。
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(编校:李祥婷)
·048·余先超,等  影像组学在腮腺多形性腺瘤与腺淋巴瘤鉴别诊断中的应用

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