灰階中位數(shù)分析用于乳腺癌超聲篩查的初步研究

林長江 王培環(huán) 胡建蘇 福建醫(yī)科大學(xué)附屬福州市第一醫(yī)院超聲影像科 （福建 福州 350009）

內(nèi)容提要： 目的：評(píng)估灰階中位數(shù)分析（gray-scale median，GSM）用于乳腺癌超聲篩查的臨床價(jià)值。方法：基于計(jì)算機(jī)輔助程序獲得二維超聲良性和惡性乳腺結(jié)節(jié)灰階中位數(shù)，以乳腺結(jié)節(jié)病理檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)灰階中位數(shù)分析用于篩查乳腺癌的敏感性、特異性、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值、Youden指數(shù)和AUC曲線下面積。結(jié)果：乳腺良性結(jié)節(jié)GSM值（30.33±6.50），乳腺惡性結(jié)節(jié)GSM值（20.11±4.70），乳腺良惡性結(jié)節(jié)GSM差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），最佳臨界值25.01相應(yīng)的篩查乳腺癌的敏感性、特異性、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值、Youden指數(shù)和AUC曲線下面積分別為78.5%、88.7%、73.6%、92.3%、0.675和0.899。結(jié)論：乳腺結(jié)節(jié)GSM值是一個(gè)客觀的參數(shù)，可作為超聲鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的重要參數(shù)。

2020年，乳腺癌在全球的范圍已成為危及女性健康的首位惡性腫瘤[1,2]，在中國乳腺癌的發(fā)病率也呈逐年上升趨勢(shì)[3,4]。隨著全球乳腺癌篩查項(xiàng)目的廣泛實(shí)施，越來越多乳腺癌患者得以早期診斷并給予及時(shí)干預(yù)，預(yù)后較好[5]。灰階中位數(shù)（greyscale median，GSM）是指對(duì)超聲灰度數(shù)字圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，并對(duì)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以劃分區(qū)域內(nèi)所有灰度值為一個(gè)數(shù)集，利用中位數(shù)公式計(jì)算出此數(shù)集的中位數(shù)[6-9]。本研究旨在應(yīng)用灰階中位數(shù)對(duì)乳腺結(jié)節(jié)灰度進(jìn)行定量分析，探討其在鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)中的價(jià)值。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

2019年3月～2021年3月在本院行ABUS（Auto mated Breast Ultrasound System）全自動(dòng)乳腺超聲系統(tǒng)檢查的女性患者508例共549個(gè)結(jié)節(jié)，所有患者病歷資料完整，且經(jīng)手術(shù)切除或穿刺活檢獲得病理學(xué)結(jié)果。年齡21～75歲，平均（44.39±9.86）歲，結(jié)節(jié)最大徑0.5～3.4cm，平均（1.42±0.73）cm。

納入標(biāo)準(zhǔn)：乳腺實(shí)性結(jié)節(jié)；患者術(shù)前行ABUS檢查，且圖像采集滿意；超聲檢查前未接受任何形式的治療；超聲檢查后手術(shù)切除或穿刺活檢獲得病理學(xué)結(jié)果。排除標(biāo)準(zhǔn)：乳腺囊性結(jié)節(jié)或囊實(shí)性結(jié)節(jié)，結(jié)節(jié)最大徑線＜0.5cm；結(jié)節(jié)周邊無正常腺體及脂肪層；采集圖像因探頭與皮膚接觸不良造成圖片灰階亮度分布不均勻。

1.2 方法

1.2.1 儀器。采用全自動(dòng)乳腺容積超聲診斷系統(tǒng)（Invenia ABUS，美國通用電氣公司），裝載反向曲面寬幅高頻線陣探頭C15-6XW（頻率6～15MHz）。

1.2.2 超聲檢查：患者取仰臥位，雙手上舉，充分暴露乳腺。采用Invenia ABUS對(duì)雙側(cè)乳房分別采集正中位、外側(cè)位及內(nèi)側(cè)位圖像，將乳腺3D容積數(shù)據(jù)傳至診斷工作站。

灰階中位數(shù)（GSM）分析：在超聲診斷工作站上將清晰顯示乳腺結(jié)節(jié)及其淺表脂肪組織和周邊正常的腺體二維灰階圖像以高質(zhì)量的jpeg格式進(jìn)行存儲(chǔ)，利用圖像編輯軟件Adobe Photoshop CC 2018進(jìn)行處理。將圖像放大到初始大小的3倍，將圖像調(diào)整至灰度模式，逐步調(diào)整整幅圖片的亮度至自動(dòng)性擴(kuò)展勾勒同層脂肪GSM為40，見圖1，同層腺體最高色階為220，見圖2，結(jié)節(jié)淺層脂肪及腺體像素均超過500。再利用“自動(dòng)選取工具”勾勒出乳腺結(jié)節(jié)，獲得乳腺結(jié)節(jié)灰階像素的直方圖，記錄乳腺結(jié)節(jié)的GSM，見圖3，同一乳腺結(jié)節(jié)GSM由同一位醫(yī)師采集3次，取其均值。

圖1.乳腺結(jié)節(jié)同層脂肪及其所對(duì)應(yīng)的GSM

圖2.乳腺結(jié)節(jié)同層的腺體及其所對(duì)應(yīng)的最高色階

圖3.乳腺結(jié)節(jié)及其所對(duì)應(yīng)的GSM

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：計(jì)量資料采用±s表示。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較乳腺良惡性結(jié)節(jié)的GSM，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。利用ROC曲線，計(jì)算曲線下面積及Youden指數(shù)等，獲得GSM作為診斷指標(biāo)的臨界值，通過McNemar配對(duì)χ2檢驗(yàn)判斷GSM的作為診斷指標(biāo)臨界值的診斷效能，P＜0.05認(rèn)為檢驗(yàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.結(jié)果

2.1 乳腺結(jié)節(jié)的病理結(jié)果

乳腺良性結(jié)節(jié)共354個(gè)，其中纖維腺瘤239個(gè)，導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤38個(gè)，硬化性腺病26個(gè)，腺病15個(gè)，腺體內(nèi)脂肪12個(gè)，炎性病灶11個(gè)，良性葉狀腫瘤7個(gè)，錯(cuò)構(gòu)瘤6個(gè)。乳腺惡性結(jié)節(jié)共195個(gè)，其中浸潤性導(dǎo)管癌165個(gè)，導(dǎo)管原位癌24個(gè)，黏液癌3個(gè)，浸潤性小葉癌2個(gè)，髓樣癌1個(gè)。

2.2 乳腺良惡性結(jié)節(jié)GSM結(jié)果

見表1。乳腺良性結(jié)節(jié)GSM均值為（30.33±6.50），乳腺惡性結(jié)節(jié)GSM均值（20.11±4.70），乳腺良惡性結(jié)節(jié)GSM兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。

表1.乳腺結(jié)節(jié)GSM均值結(jié)果

2.3 GSM鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的臨界值及其診斷效能

繪制ROC曲線見圖4，獲得鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的最佳臨界值25.01，ROC曲線下面積為0.899。以GSM 25.01為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的敏感性、特異性、Youden指數(shù)分別為78.5%、88.7%、0.675。

圖4.GSM以25.01作為臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的ROC曲線

2.4 GSM以25.01作為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)與病理結(jié)果對(duì)比結(jié)果

見表2。GSM以25.01作為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為84.7%、73.6%、92.3%。

表2.GSM以25.01作為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)與病理結(jié)果對(duì)比結(jié)果

3.討論

近年來隨著超聲診斷技術(shù)的不斷進(jìn)步，超聲已成為乳腺篩查的常用手段[10]，雖然隨著乳腺BI-RADS報(bào)告系統(tǒng)在各大醫(yī)院推廣普及[11]，超聲對(duì)乳腺癌危險(xiǎn)分層逐漸規(guī)范，但是超聲醫(yī)師對(duì)乳腺結(jié)節(jié)灰度的判斷仍受主觀判斷，乳腺結(jié)節(jié)的灰度是乳腺結(jié)節(jié)良惡性鑒別的最主要影響因素。常規(guī)條件下超聲醫(yī)師通過對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的灰度評(píng)估來鑒別乳腺結(jié)節(jié)的良惡性需要經(jīng)過在臨床實(shí)踐中常年累月的經(jīng)驗(yàn)積累，就導(dǎo)致了不同年資的超聲醫(yī)師對(duì)乳腺結(jié)節(jié)良惡性判斷的不一致。超聲醫(yī)師對(duì)乳腺結(jié)節(jié)灰度判斷的主觀性，未來有望利用計(jì)算機(jī)AI（Artificial Intelligence）技術(shù)通過識(shí)別二維超聲圖片中乳腺結(jié)節(jié)的灰度，給出客觀的參數(shù)來解決，減少超聲醫(yī)師對(duì)臨床工作經(jīng)驗(yàn)的依賴。

本次研究利用Adobe Photoshop CC 2018計(jì)算機(jī)輔助軟件，以乳腺結(jié)節(jié)同層的脂肪和腺體作為參照物對(duì)二維灰階超聲圖片的灰度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使二維灰階超聲圖片中的乳腺結(jié)節(jié)的灰度在標(biāo)準(zhǔn)圖片灰度的情況下進(jìn)行測(cè)量，得出的結(jié)節(jié)GSM才具有可比較性。此外通過對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的灰度分布的直方圖分析，有利用超聲醫(yī)師通過對(duì)乳腺結(jié)節(jié)灰度的分布對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的組織構(gòu)成進(jìn)行分析。

本次研究顯示乳腺惡性結(jié)節(jié)GSM低于乳腺良性結(jié)節(jié)GSM，兩者的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明乳腺惡性結(jié)節(jié)的灰度低于乳腺良性結(jié)節(jié)。乳腺結(jié)節(jié)的灰度主要與乳腺結(jié)節(jié)的病理有關(guān)，本次研究發(fā)現(xiàn)有近半的乳腺惡性結(jié)節(jié)呈顯著的低回聲，所有的乳腺惡性結(jié)節(jié)均呈低回聲，乳腺高級(jí)別的浸潤性導(dǎo)管癌和導(dǎo)管原位癌結(jié)節(jié)GSM明顯低于同層脂肪GSM，部分乳腺惡性結(jié)節(jié)呈不均質(zhì)低回聲，該部分乳腺惡性結(jié)節(jié)GSM亦低于同層脂肪GSM。本次研究中發(fā)現(xiàn)乳腺良性結(jié)節(jié)多呈等回聲或稍低回聲，乳腺纖維腺瘤結(jié)節(jié)GSM略低于同層脂肪的GSM或二者相近，部分良性結(jié)節(jié)呈高回聲，乳腺硬化性腺病的良性結(jié)節(jié)GSM可高于同層脂肪的GSM。本次研究中乳腺良惡性結(jié)節(jié)GSM的差異，考慮與本次研究乳腺惡性結(jié)節(jié)主要是浸潤性導(dǎo)管癌和導(dǎo)管原位癌，乳腺良性結(jié)節(jié)主要是纖維腺瘤，導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤及硬化性腺病有關(guān)。

本次研究顯示乳腺結(jié)節(jié)GSM以25.01為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的敏感性、特異性分別為78.5%、88.7%。乳腺良惡性結(jié)節(jié)的灰度都可以呈低回聲，常規(guī)乳腺結(jié)節(jié)的良惡性鑒別需要超聲醫(yī)師的主觀判斷，判斷的準(zhǔn)確性與超聲醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，使得結(jié)節(jié)的內(nèi)部回聲的分析對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的良惡性鑒別幫助有限。本次研究顯示乳腺結(jié)節(jié)GSM通過對(duì)乳腺結(jié)節(jié)灰度的量化，使得乳腺結(jié)節(jié)GSM成為一個(gè)客觀的量化指標(biāo)，在鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)時(shí)有很高的敏感性和特異性。

本次研究結(jié)果顯示乳腺結(jié)節(jié)GSM以25.01為最佳臨界值鑒別乳腺良惡性結(jié)節(jié)的準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為84.7%、73.6%、92.3%。乳腺結(jié)節(jié)GSM對(duì)乳腺結(jié)節(jié)的陰性預(yù)測(cè)值較高為92.3%，對(duì)乳腺癌篩查意義巨大，有利于乳腺超聲檢查中找出良性的結(jié)節(jié)，減少進(jìn)一步的檢查或乳腺結(jié)節(jié)穿刺活檢。

總之，灰階中位數(shù)分析使乳腺結(jié)節(jié)的回聲成為一個(gè)客觀的量化指標(biāo)，降低了超聲醫(yī)生進(jìn)行乳腺結(jié)節(jié)回聲分析時(shí)對(duì)臨床經(jīng)驗(yàn)的依賴，乳腺結(jié)節(jié)GSM有望成為乳腺結(jié)節(jié)良惡性鑒別的量化評(píng)估指標(biāo)，但由于乳腺癌的異質(zhì)性以及本次研究中乳腺良惡性結(jié)節(jié)的病理類型相對(duì)集中，所得的結(jié)論需要更大樣本量的研究進(jìn)一步論證。