Digital bildeanalyse av endoskopisk ultralyd er nyttig i diagnostisering mage mesenchymale tumors

Digital bildeanalyse av endoskopisk ultralyd er nyttig i diagnostisering mage mesenkymale svulster
Abstract
bakgrunns
Endoskopisk ultralyd (EUS) er en verdifull bildebehandling verktøy for å evaluere subepiteliale lesjoner i magen. Men det er få studier om differensiering mellom gastrointestinal stromal tumor (GIST) og godartede mesenchymale tumorer, som leiomyoma eller schwannom, med bruk av EUS. I tillegg er det begrensninger i analyse av de karakteristiske trekk ved slike svulster på grunn av dårlig interobserver avtale som et resultat av subjektiv tolkning av EUS bilder. Derfor er målet med denne studien var å vurdere rollen til digital bildeanalyse skille funksjonene GIST fra de av godartede mesenchymale svulster på EUS.
Metoder
Vi registrert 65 pasienter med histopathologically bevist mage GIST, leiomyoma eller schwannom på kirurgisk resected prøvene som gjennomgikk EUS eksamen ved vår endoskopisk enhet fra januar 2007 til september 2010. Etter standardisering av EUs bilder, lysverdiane inkludert middelverdien (T mean), indikerer ekkogenisitet, og standardavvik (T SD), en indikasjon på heterogenitet, i svulstene ble analysert
Resultater
T betyr og T SD var signifikant høyere i GIST enn i leiomyoma og schwannom (p. < 0,001 ). Det var imidlertid ingen signifikant forskjell i T bety eller T SD mellom godartede og ondartede GIST. Sensitiviteten og spesifisiteten var nesten optimalisert for å differensiere GIST fra leiomyoma eller schwannom når de kritiske verdiene av T bety og T SD var 65 og 75, henholdsvis. Tilstedeværelsen av minst ett av disse 2 funnene i en gitt tumor resulterte i en sensitivitet på 94%, spesifisitet på 80%, positiv prediktiv verdi på 94%, negativ prediktiv verdi på 80%, og nøyaktighet på 90,8% for å forutsi GIST.
Konklusjoner
Digital bildeanalyse gir objektiv informasjon om EUS bilder; dermed kan det være nyttig i diagnostisering mage mesenkymale svulster.
nøkkelord
Magen Endoskopisk ultralyd Mesenchymale svulst Bildeanalyse Bakgrunn
Mesenchymale svulst i magen er vanligvis oppdaget forresten under øvre endoskopi for en uavhengig tilstand, og er kjent som en fast, utstående subepiteliale lesjon; imidlertid større svulster tidvis kan forårsake blødning [1]. Histopathologically de fleste av disse tumorene er helt eller delvis består av spindelceller og vise glatt muskel eller nerve kappe differensiering. De fleste mage mesenchymale svulster er gastrointestinal stromal tumor (GIST) som stammer fra interstitiell celler av Cajal [1-3]. GIST har en risiko for metastatisk tilbakefall, spesielt i peritoneum, og leveren, selv etter kirurgi for lokalisert sykdom [4, 5]. Derfor er alle GIST betraktes som potensielt maligne og kan kreve reseksjon, og med små lokale lesjoner i magen [5, 6].
I praksis differensiering av GIST fra godartet gastrisk mesenkymale tumorer, så som leiomyoma og schwannom, er avgjørende for effektiv klinisk ledelse. Endoskopisk ultralyd (EUS) er en verdifull bildebehandling verktøy for å evaluere mesenchymale svulster fordi det gjør det mulig for demonstrasjon av en hypoechoic masse som er sammenhengende med den fjerde hypoechoic laget av normal tarmveggen [7-9]. Til tross for dette faktum, er det få studier om differensiering mellom GIST og godartede mesenchymale svulster med bruk av EUS [9, 10]. I tillegg er det begrensninger i analyse av de karakteristiske trekk ved slike svulster på grunn av dårlig interobserver avtale som et resultat av subjektiv tolkning av EUS bilder [11, 12].
Digitale bilder består av piksler (bildeelementer), hvilken er de grunnleggende elementene som utgjør et to-dimensjonalt bilde. I digital bildeanalyse, er fordelingen og romlige variasjonen av bildeelementer beregnet ved hjelp teksturanalyse for å trekke nyttige data. Nylig, har nytten av digital bildeanalyse for å skille benign fra maligne lesjoner subepiteliale på EUS blitt rapportert [13]. Derfor er målet med denne studien var å vurdere rollen til digital bildeanalyse skille funksjonene GIST fra de av godartede mesenchymale svulster på EUS.
Metoder
Fag
Journalene til alle pasienter med histopathologically bevist mage GIST, leiomyoma, eller schwannom på kirurgisk resected prøvene som gjennomgikk EUS eksamen ved vår endoskopisk enhet fra januar 2007 til september 2010 ble retrospektivt gjennomgått. Vi har registrert 65 pasienter (27 menn og 38 kvinner) med en gjennomsnittsalder på 55 år (fra 28-81 år), hvorav 50 hadde GIST, 6 leiomyoma, og ni schwannom. Denne undersøkelsen ble gjennomgått og godkjent av Institutional Review Board i Pusan ​​National University Hospital.
Histopatologi
Svulstene ble histopathologically viste seg å være mage mesenchymale svulster og ble klassifisert immunohistochemically som leiomyoma, schwannom, eller GIST [3]. Leiomyoma ble definert som en desmin-positive og c-kit (CD117) -negative tumor, schwannom som en S-100-positive og c-kit-negativ tumor, og GIST som en c-kit-positiv tumor. GIST ble delt inn i 4 grupper i henhold til konsensus rapport fra møtet ved National Institutes of Health [6]
Endoskopisk ultralyd
EUS ble utført ved hjelp av en radial-skanning ultralyd endoskop (GF-UM2000,. Olympus, Tokyo, Japan) på 7,5 MHz, og alle undersøkelser ble utført under intravenøs sedasjon (midazolam med eller uten meperidine). Tumoren ble skannet etter fylling av magesekken med 400-600 ml avluftet vann. Minst 10 fortsatt EUS bildene ble oppnådd for hver lesjon, og disse bildene ble lagret digitalt i Windows bitmap-format.
EUS bildene ble anmeldt av en enkelt erfaren endosonographer (G.H.K.) som ble holdt blindet for den endelige diagnosen. Bare en fortsatt EUS bilde av høyeste kvalitet ble valgt for hver lesjon for videre digital bildeanalyse, som ble utført på en standard stasjonær datamaskin.
Digital bildeanalyse
EUS kan vise ulike bildeegenskaper i samsvar med forskjellige kontraster under en skikkelig undersøkelse. For å minimere disse forskjellene, ble en standardiseringsprosessen utføres ved hjelp av lysstyrkeverdiene for ekkofritt sentrum og ytre hyperechoic kanten av EUS omfang, som har minst variasjon. Figur 1 viser standardiseringsprosess anvendt i denne studien. Figur 1. Flytskjema som illustrerer standardisering fremgangsmåten ifølge EUS bildet.
Bilde revisjon med histogram utjevning er også nødvendig for å oppnå bedre kontrast fordi den opprinnelige EUS bildet kan bli fordreid av lysstyrken på histogram og kan derfor ikke være nyttig for å analysere tumorområdet. Deretter, søkte vi en kant bindingsmetode for alle kantelementene gjentatte ganger for å frembringe en kant. Edge binding tilkoblet og registrert alle verdier, tilfredsstillende formel (1) i en 3 × 3 området til dagens piksel. ∇
G
x
, etter y
-
∇
G
x
'
, etter y
'
≤
Th
(1) terskelen (Th
) med formel (1) ble satt til 130, basert på vår forstudie (data ikke vist). Deretter ble det refleksjonsfrie midten av EUS omfang ekstrahert som en gjenstand med bildepunkter med høy tetthet etter påføring binarization, merking med grass algoritme, og støyfjerning ved bruk av morfologisk informasjon. Den ytre hyperechoic kant av rammen ble ekstrahert som det området som var lysere enn de naboliggende bildeelementer, slik som vist i figur 2. Figur 2 Utvinning fremgangsmåten i ekkofrie senteret og ytre hyperechoic kant av EUS omfang. (A) gråtonebilde. (B) Smoothing metode. (C) Edge kobling metode. (D) Binarization. (E) Merking med grass algoritme. (F) Fjerning av støy ved hjelp morfologisk informasjon. (G) Utvinning av ekkofritt sentrum av omfanget. . (H) Utvinning av ytre hyperechoic kanten av omfanget
slutt formel (2) ble brukt for å fullføre standardiseringsprosessen: StandardGray
=
255
-
RimGray
×
1
+
255
-
RimGray
CenterGray
Hvis
CenterGray
<
X
<
StandardGray
, etter Deretter
X
=
StandardGray
StandardGray
-
CenterGray
×
X
-
StandardGray
Else
Hvis
StandardGray
<
X
<
EdgeGray
, etter deretter
X
=
StandardGray
+
255
-
StandardGray
RimGray
-
StandardGray
×
X
-
StandardGray product: (2) hvor CenterGray og RimGray betegne lysstyrkeverdiene for det ekkofritt sentrum og ytre hyperechoic kanten av omfang, henholdsvis, mens StandardGray betegner en lysstyrkeverdi å differensiere ekkofritt sentrum fra ytre hyperechoic felgen.
fra standardiserte bildet, ble en region av interesse (ROI) valgt av en erfaren endosonographer (GHK) for svulst analyse. Ovennevnte metode gir informasjon om lysstyrke, inkludert minimum, maksimum, gjennomsnitt (T mean), standardavvik (T SD), median og interkvartilt verdier (figur 3). Figur 3 Et eksempel på digital bildeanalyse. Fra standardiserte bildet, er en region av interesse (ROI) valgt av en erfaren endosonographer for svulst analyse. De endelige resultatene for ROI er uttrykt i bunnen histogrammet. Den midlere (Tmean) og standard avvik (TSD) av lysstyrkeverdiene er 81,53 og 180,50, respektivt.
Statistisk analyse
Alle data er uttrykt som gjennomsnitt ± SD. Forskjellen i T bety og T SD blant de 3 gruppene (GIST, leiomyoma og schwannom) ble vurdert ved anvendelse av en en-veis analyse av varians (ANOVA) test. En mottaker som opererer karakteristikk (ROC) kurve ble anvendt for å finne den beste følsomhet og spesifisitet cut-off-verdier på T bety og T SD for å differensiere GIST fra leiomyoma eller schwannom. Beregning av sensitivitet, spesifisitet, positiv og negativ prediktiv verdi, og nøyaktighet for å differensiere GIST fra leiomyoma eller schwannom ble også utført. En p-verdi < 0,05 ble ansett som statistisk signifikant. Statistiske beregninger ble utført ved hjelp av SPSS versjon 12.0 for Windows-programvare (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).
Resultater
I alle EUS bildene, T betyr og T SD ble beregnet vellykket etter post-standardisert bildeanalyse. T mean, som er en indikasjon på ekkogenisitet, var signifikant høyere i GIST enn i leiomyoma og schwannom (82,8 ± 22,5, 39,8 ± 18,9 og 47,0 ± 12,0, respektivt; p < 0,001) (tabell 1). I tillegg har T SD, som er en indikasjon på heterogenitet, var også signifikant høyere i GIST enn i leiomyoma og schwannom (83,5 ± 14,4, 54,3 ± 21,7 og 58,3 ± 17,5, respektivt; p < 0,001). Men det var ingen signifikant forskjell i T bety eller T SD mellom leiomyoma og schwannoma.Table en Mean (T gjennomsnitt) og standardavvik (T SD) av lysstyrkeverdiene etter digital bildeanalyse av mage mesenchymale svulster i henhold til histopatologiske diagnose Book GIST (n = 50)
Leiomyomer (n = 6)
schwannom (n = 9) product: (p -verdi) *
Tmean (gjennomsnitt ± SD)
82,8 ± 22,5
39,8 ± 18,9
47,0 ± 12,0
0.000
T †
en
b
b
TSD (gjennomsnitt ± SD)
83,5 ± 14,4
54,3 ± 21,7
58,3 ± 17,5
0.000
T †
en
b
b
GIST
gastrointestinal stromal tumor. product: * Statistisk signifikans ble testet ved hjelp av enveis variansanalyse.
† De samme bokstavene indikerer en ikke-signifikant forskjell mellom gruppene ved hjelp av Tukey multippel sammenligningstest .
Når GIST ble klassifisert i godartet eller ondartet grupper etter histologisk risikoklassifisering, ble 31 tilfeller gruppert som godartede GIST (svært lav risiko, 7 tilfeller; lav risiko, 24 tilfeller) og 14 tilfeller som maligne GIST (middels risiko, 10 tilfeller, høy risiko, 4 tilfeller). Det var ingen forskjell i T bety eller T SD mellom godartede og ondartede GIST (88,2 ± 21,7 vs 82,1 ± 23,0, p = 0,395; henholdsvis 86,9 ± 12,2 vs 83,3 ± 13,1, p = 0,373,).
en ROC-kurven ble opprettet for å identifisere de beste sensitivitet og spesifisitet cut-off verdier av T betyr og T SD for å differensiere GIST fra leiomyoma eller schwannom (figur 4). Sensitiviteten og spesifisiteten var nesten optimalisert når de kritiske verdiene av T bety og T SD var 65 og 75, henholdsvis. Tabell 2 viser verdiene av T gjennomsnitts ≥ 65 og T SD ≥ 75 for å forutsi GIST. Tilstedeværelsen av minst ett av disse 2 funnene i en gitt tumor resulterte i en sensitivitet på 94%, spesifisitet på 80%, positiv prediktiv verdi på 94%, negativ prediktiv verdi på 80%, og nøyaktighet på 90,8% for å forutsi GIST. Figur 4 Receiver opererer karakteristikk (ROC) kurve for å differensiere gastrointestinal stromal tumor (GIST) fra ikke-GIST mesenchymale svulster. ROC kurven av (A) mean (Tmean) og (B) standardavvik (TSD) av lysstyrkeverdiene som skiller GIST fra ikke-GIST mesenchymale svulster i magen.
Tabell 2 Sensitivitet, spesifisitet, positiv og negativ prediktiv verdier, og nøyaktigheten av gjennomsnittet (T mener) og standardavvik (T SD) av lysstyrkeverdiene som skiller gastrointestinal stromal tumor (GIST) fra ikke-GIST mesenchymale svulster i magen
forutsi GIST
følsomhet,% (95% CI)
spesifisitet,% (95% CI)
PPV,% (95% CI)
NPV,% (95% KI)
Nøyaktighet,% (95% CI)
Tmean ≥ 65
86,0 (72,6 til 93,7)
93,3 (66,0 til 99,7)
97,7 (86,5 til 99,9)
66,7 (66,7 til 43,1)
87,7 (76,6 til 94,2)
TSD ≥ 75
90,0 (77,4 til 96,2)
80,0 (51,4 til 94,7)
93,8 (81,8 til 98,4 )
70,6 (44,0 til 88,6)
87,7 (76,6 til 94,2)
av de over 2 funksjoner
≥ 1
94,0 (82.5-98.4)
80,0 (51,4 til 94,7)
94,0 (82,5 til 98,4)
80,0 (51,4 til 94,7)
90,8 (80,3 til 96,2)
Både
82,0 (68,1 til 91,0)
93,3 (66,0 til 99,7)
97,6 (86,0 til 99,9)
61,0 (38,8 til 79,5)
84,6 (73,1 til 91,2)
PPV
positiv prediktiv verdi,
NPN negativ prediktiv verdi, CI
tillit . intervall
diskusjon
I vår forrige undersøkelse, evaluert vi de funksjonene som kan skille GIST fra leiomyoma på EUS; heterogenitet, hyperechogenic flekker, en marginal halogen, og høyere ekkogenisitet i sammenligning med det omliggende muskler lag var nyttig for å forutsi GIST [9]. Imidlertid er dommen over disse funnene på EUS bilder subjektive; Dette kan føre til dårlig interobserver avtalen [11, 12]. For å overvinne denne begrensningen, forsøkte vi å utlede mer objektive funn fra EUS bilder., En EUS bilde er sammensatt av piksler, og dens ekko tetthet er uttrykt i lysstyrkeverdier fra 0 (svart) til 255 (hvit). Analyse av lysstyrken er, i prinsippet, en metode for å evaluere nivået av ekkogenisitet (uttrykt som T middelverdi) og graden av homogenitet (uttrykt som T SD). I tillegg kan EUS bilder vise ulike egenskaper i samsvar med forskjellige kontraster brukt under eksamen. Derfor, for å minimalisere disse forskjellene, valgte vi lysstyrken på ekkofritt sentrum og ytre hyperechoic kanten av EUS omfang, som har minst variasjon, og også standardisert EUs bildene.
Etter post-standardiserte bildeanalyse, både T betyr og T SD var signifikant høyere i GIST enn i leiomyoma og schwannom. Disse resultatene er i samsvar med tidligere studier som har rapportert høyere ekkogenisitet i sammenligning med den omkringliggende muskellaget, og heterogenitet er nyttig i diagnostisering GIST [9, 10, 14]. Med andre ord, tror vi det er egnet til å uttrykke noen EUS funn som objektive verdier etter digital bildeanalyse.
Ifølge en ROC kurve, verdiene av T betyr og T SD viser best følsomhet og spesifisitet for GIST var 65 og 75, henholdsvis. Hvis en T bety ≥ 65 eller T SD ≥ 75 var til stede, sensitivitet og spesifisitet for å forutsi GIST var 94% og 80%, henholdsvis i tråd med våre tidligere resultater [9].
Neste, vi forsøkte å skille mellom godartede og ondartede GIST på grunnlag av bildeanalyse etter oppdeling av GIST i 2 grupper (godartet eller ondartet) i henhold til histologisk risikogrupper. Men vi fant ingen forskjell i T bety eller T SD mellom godartede og ondartede GIST. Tidligere studier har antydet at stor størrelse, exogastric vekst, sårdannelse, cystiske endringer, hyperechogenic brennpunkter, og uregelmessighet av marginen fordel en diagnose av ondartet svulst gastrointestinal mesenchymale [7, 8, 15, 16]. I vår forrige rapport, bare størrelsen var en uavhengig prediktor på multivariat logistisk regresjonsanalyse [9]. Derfor er det fortsatt en begrensning i å forutsi den ondartede GIST potensialet ved bruk av bildeanalyse.
Denne studien har flere begrensninger. Først, dette var en retrospektiv studie som sammenlignet EUS har mellom GIST og godartede mesenchymale svulster ved hjelp av digital bildeanalyse. Derfor er det kanskje ha vært en mulig skjevhet når retrospektivt gjennom EUs bilder. Under EUS eksamen, fikk vi minst 10 endosonographic bilder for å bestemme egenskapene til mage mesenchymale svulster; vi håpet at dette ville kompensere, til en viss grad, for begrensning av dette blir en retrospektiv studie. For det andre, selv om EUS undersøkelser ble utført, ble pasientene valgt for operasjonen i henhold til de kliniske meninger og avgjørelser av leger. For det tredje, det antall pasienter med leiomyoma eller schwannom inkludert i denne studien var liten, i forhold til antallet av dem med GIST. Denne begrensningen kan være på grunn av det faktum at den vanligste mesenchymale svulst i magen er GIST, og at andre tumorer, så som leiomyoma og schwannom, er sjelden i klinikker. Til slutt, selv om vi analyserte bare EUS bildene oppnådd ved 7,5 MHz for å redusere forskjellene mellom de bilder som kan skyldes forskjellige frekvenser, de virkelige innstillinger av EUS, for eksempel forsterkning og kontrast, var forskjellig i hvert tilfelle, som er en begrensning som ligger i en retrospektiv studie. Vi gjorde forsøk på å standardisere EUS bilder på basis av lysstyrkeverdiene for det refleksjonsfrie senteret og ytre hyperechoic kant av rammen. Dette vil imidlertid forsøke å standardisere EUS bildene ikke helt overvinne begrensninger av en retrospektiv studie. Derfor vil prospektive studier være nødvendig som bruker de samme betingelsene for innstillinger som frekvens, gain, og kontrast.
Gastric mesenchymale svulsten er ofte asymptomatisk, og er vanligvis oppdaget forresten under øvre gastrointestinal endoskopi for en uavhengig tilstand. Hovedproblemet i asymptomatiske pasienter er for å bestemme hvorvidt tumoren har en ondartet potensial. Fordi GIST har ondartet potensial, bør mage mesenchymale svulster ikke bli ignorert, selv om de er små, hvis EUs funksjonene er forenlig med GIST. Derfor, hvis det digitale bildeanalyser antyder en høy mulighet for en GIST, ville det være bedre å forsøk på å skaffe vev (for eksempel ved EUS styrte finnålsaspirasjon eller biopsi), eller for å resect tumor (for eksempel ved endoskopisk eller kirurgisk reseksjon). . Videre store prospektive studier er nødvendig for å validere resultatene av EUS bildeanalyse av mage mesenchymale svulster
Konklusjon
konklusjon, gir digital bildeanalyse objektiv informasjon om EUS bilder; således kan det være nyttig i diagnostisering gastriske mesenkymale tumorer. Resultatene av EUS bildeanalyse, for eksempel T bety ≥ 65 eller T SD ≥ 75, kan bidra til å skille GIST fra leiomyoma eller schwannom.
Samtykke
Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra pasienten for utgivelsen av denne rapporten og eventuelle medfølgende bilder.
Merknader
Gwang Ha Kim, Kwang Baek Kim bidratt likt til dette arbeidet
. Erklæringer
Takk
denne studien ble støttet av en bevilgning fra National R &. D Program for Cancer Control, departementet for helse, velferd og familiedepartementet, republikken Korea (0920050)
Forfattere 'originale legges filer for Images Nedenfor er linkene til forfatternes opprinnelige innsendt filer for bilder. 12876_2013_1039_MOESM1_ESM.tif Forfatteroriginalfilen for figur 1 12876_2013_1039_MOESM2_ESM.tif Forfatteroriginalfilen for figur 2 12876_2013_1039_MOESM3_ESM.tif Forfatteroriginalfilen for figur 3 12876_2013_1039_MOESM4_ESM.tif Forfatteroriginalfilen for figur 4 12876_2013_1039_MOESM5_ESM.tiff Forfatteroriginalfilen for figur 5 konkurrerende interesse
forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende interesser bidrag
forfatternes Study konsept og design - GHK, GBK, og DYP.; Oppkjøp av prøvene - GHK, DYP, og HKJ; Analyse og tolkning av data - GHK, SHL, TYJ, og DHK; Utarbeidelse av manuskriptet - GHK og DYP; Statistisk analyse - GHK og gass; Innhentet finansiering - DYP; Co-senior forfatter og studere tilsyn - GAS. Alle forfattere lese og godkjent den endelige manuskriptet.

• Et tilfelle av enteropati-assosierte T-celle lymfom (type I) som oppstår i magen uten ildfast cøliaki
• En sammenligning av pasientkarakteristika, prognose, behandlingsmetoder og overlevelse i henhold til aldersgruppen i magekreftpasienter