analýza digitálny obraz endoskopického ultrazvukového je užitočné pri diagnostikovaní žalúdočnej mezenchymálnych nádorov
abstraktné
pozadia
endoskopické ultrasonografia (EUS) je cenným zobrazovacie nástroj pre hodnotenie subepiteliální lézie v žalúdku. Avšak, existuje len málo štúdií o diferenciáciu medzi gastrointestinálnom strómovými tumorom (GIST) a nezhubných nádorov, mezenchymálnych ako je myómu alebo schwannom, s využitím EUS. Okrem toho existujú určité obmedzenia v analýze charakteristikou týchto nádorov v dôsledku zlej dohody interobservační v dôsledku subjektívnej interpretácie EUS snímok. Preto je cieľom tejto štúdie bolo zhodnotiť úlohu digitálnych analýzy obrazu pri rozlišovaní funkcie GIST od tých benígnych mezenchymálnych nádorov na EUS.
Metódy
Do štúdie bolo zaradených 65 pacientov s histopatologicky preukázaná žalúdočnej GIST, leiomyóm alebo schwannom na chirurgicky vyňatých vzoriek, ktorí podstúpili EUS vyšetrenia na našej endoskopické prístroje od januára 2007 do septembra 2010. Po štandardizáciu EUS obrazu, jas hodnôt vrátane priemeru (T
priemer), ktoré by ukazovali na echogenicity, a štandardná odchýlka (T boli analyzované SD), svedčiace o heterogenity, v nádoroch
Výsledky
T znamenajú a T SD boli v GIST významne vyššia ako u myómu a schwannom (p. < 0,001 ). Avšak, neexistuje žiadny významný rozdiel v T znamená alebo T SD medzi benígne a malígne GIST. Citlivosť a špecifickosť boli takmer optimalizované pre odlíšenie GIST od myómu alebo schwannomu pri kritickej hodnoty T mysle a T SD bolo vo veku 65 a 75, v uvedenom poradí. Prítomnosť aspoň 1 z týchto 2 zistení v danom nádoru za následok citlivosť 94%, špecificita 80%, pozitívne prediktívna hodnota 94%, negatívna prediktívna hodnota 80% a presnosť 90,8% pre predikciu GIST.
závery
analýza digitálneho obrazu poskytuje objektívne informácie o EUS obrazu; Tak, to môže byť užitočné pri diagnostikovaní žalúdočnej mezenchymálnych nádorov.
Kľúčové
Žalúdok endoskopická sonografia mezenchymálnych nádor Image analýza Background
mezenchymálnych nádoru žalúdka je obvykle objavená náhodne pri hornej endoskopia u nezávislého stave, a je potrebné poznamenať, ako firma, vystupujúce subepiteliální lézie; Avšak, väčšie nádory niekedy môže spôsobiť krvácanie [1]. Histopatologicky, väčšina z týchto nádorov sa úplne alebo čiastočne zložená z vretena buniek a zobrazenie hladkého svalstva alebo nerv plášťa diferenciáciu. Väčšina žalúdka mezenchýmových tumory sú gastrointestinálnych stromálnych nádorov (GIST), ktorý pochádza z intersticiálnych buniek Cajal [1-3]. GIST má riziko metastatického relapsu, a to najmä v peritoneu a v pečeni, a to aj po operácii lokalizovaného ochorenia [4, 5]. Preto všetky GIST sú považované za potenciálne malígne a môže vyžadovať resekciu, aj malé intramurální lézie žalúdka [5, 6].
V praxi je diferenciácia GIST z benígnych žalúdočných mezenchýmových nádorov, ako je napríklad myómu alebo schwannom, je nevyhnutné pre efektívnu klinickú liečbu. Endoskopická ultrasonografia (EUS) je cenným nástrojom pre vyhodnotenie zobrazovacie mezenchýmových nádorov, pretože umožňuje demonštráciu hypoechogenní hmoty, ktorá je súvislá sa štvrtým hypoechogenní vrstvy normálnej črevnej steny [7-9]. Napriek tomu, existuje len málo štúdií o odlíšenie GIST a benígnych mezenchymálnych nádorov s využitím EUS [9, 10]. Okrem toho existujú určité obmedzenia v analýze charakteristikou týchto nádorov v dôsledku zlej dohody interobservační v dôsledku subjektívnej interpretácie EUS obrázkov [11, 12].
Digitálne obrazy sa skladajú z pixelov (obrazových prvkov), ktoré sú základné prvky, ktoré tvoria 2-trojrozmerného obrazu. V digitálnej obrazovej analýzy, distribúcie a priestorová variácie pixelov je vypočítaný pomocou analýzy textúry za účelom získania užitočných dát. V poslednej dobe, užitočnosť digitálne analýzy obrazu v odlíšiť benígne a malígne lézie subepiteliální na EUS bola označená [13]. Preto je cieľom tejto štúdie bolo zhodnotiť úlohu digitálnych analýzy obrazu pri rozlišovaní funkcie GIST od tých benígnych mezenchymálnych nádorov na EUS.
Metódy
Predmety
lekárske záznamy o všetkých pacientov s histopatologicky osvedčený žalúdočné GIST, leiomyóm, alebo schwannomu na chirurgickú resekciu vzoriek, ktorí podstúpili EUS vyšetrenia na našej endoskopické prístroje od januára 2007 do septembra 2010 boli spätne preskúmať. Do štúdie bolo zaradených 65 pacientov (27 mužov a 38 žien) s priemerným vekom 55 rokov (rozmedzie 28-81 rokov), z ktorých 50 malo GIST, 6 Leiomyóm a 9 schwannomu. Táto štúdia bola prerokovaná a schválená Institutional Review Board na Pusan National University Hospital.
Histopathology
Nádory boli histopatologicky sa ukázala byť žalúdočné mezenchymálnych nádorov a boli klasifikované imunohistochemicky ako leiomyóm, schwannom, alebo GIST [3]. Leiomyóm bola definovaná ako desmin-pozitívnych a c-kit (CD117) negatívnych nádorov, schwannom ako nádor S-100-pozitívnych a c-kit-negatívne, a GIST ako nádor c-kit-pozitívne. GIST boli rozdelené do 4 skupín v súlade so správou o konsenzus stretnutí v National Institutes of Health [6]
endoskopická sonografia
EUS bola vykonaná s použitím radiálne-skenovanie ultrazvukového endoskopu (GF-UM2000 ,. Olympus, Tokyo, Japonsko) pri 7,5 MHz, a všetky skúšky boli vykonávané v intravenóznej sedácie (midazolamu s alebo bez meperidín). Nádor bola snímaná po naplnení žalúdka 400-600 ml odvzdušnená voda. Najmenej 10 stále EUS obrazy boli získané pre každú léziu, a tieto snímky boli uložené digitálne v systéme Windows bitmap formáte.
EUS snímok boli preskúmané jediným skúseným endosonographer (G.H.K.), ktorý bol udržiavaný oslepený na konečnú diagnózu. Iba jeden stále EUS obrazu v najvyššej kvalite bol vybraný pre každú léziu pre ďalšie digitálne obrazové analýzy, ktorá bola vykonaná na bežnom stolnom počítači.
Digitálna analýza obrazu
EUS možno zobraziť rôzne obrazové charakteristiky v súlade s rôznymi kontrasty v priebehu ozajstná skúška. Za účelom minimalizácie týchto rozdielov, je štandardizačnej proces bol vykonaný s použitím hodnoty jasu zvukotesnej centrá a vonkajším okrajom hyperechogenní rozsahu EUS, ktoré majú najmenší variabilitu. Obrázok 1 ukazuje štandardizačnej proces používaný v tejto štúdii. Obrázok 1 Vývojový diagram ilustrujúci proces štandardizácie na EUS obrazu.
revízie obrazu s histogramu vyhladenie je tiež nevyhnutný pre dosiahnutie lepší kontrast, pretože pôvodný EUS obraz môže byť skreslené jasu histogramu, a preto nemusí byť užitočné pre analýzu oblasti nádoru. Potom sme aplikovali metódu okraj prepájanie všetkých okrajových pixeloch opakovane za účelom vytvorenia hrany. Hrana prepájanie pripojený a zaznamenané všetky hodnoty, ktoré spĺňajú vzorca (1) v 3 × 3 oblasť na aktuálnej pixel. ∇
G
x
,
y
-
∇
G
x
'
,
y
'
≤
Th
(1) prah (Th
) všeobecného vzorca (1) bola stanovená na 130, na základe našich predbežných štúdie (dáta nie sú uvedené). Potom sa nízkoodrazovú stred rozsahu EUS bola extrahovaná ako objekt s vysokou hustotou pixelov po použití binarizaci, značenie s Grassfire algoritmom a odstránenie šumu pomocou morfologické informácie. Vonkajšie hyperechogenní okraj rozsahu bola extrahovaná ako oblasť, ktorá bola jasnejšia než susedných obrazových bodov, ako je znázornené na obrázku 2. Obrázok 2 extrakčný proces zvukotesné centrá a vonkajším okrajom hyperechogenní rozsahu EUS. (A) Gray obraz. (B) metódy vyhladzovanie. (C) spôsob hrán-prepojenia. (D) binarizaci. (E) značenie s Grassfire algoritmu. (F) Odstránenie šumu s využitím morfologické informácie. (G) Ťažba bezdozvukovej stredu rozsahu. . (H) Ťažba vonkajšieho okraja hyperechogenní rozsahu
Konečne rovnice (2) bola použitá na dokončenie procesu normalizácie: StandardGray
=
255
-
RimGray
×
1
+
255
-
RimGray
CenterGray
Ak
CenterGray
<
X
<
StandardGray
,
Potom
X
=
StandardGray
StandardGray
-
CenterGray
×
X
- www.Booked.cz StandardGray
Else
Ak
StandardGray
<
X
<
EdgeGray
,
potom
X
=
StandardGray
+
255
-
StandardGray
RimGray
-
StandardGray
×
X
-
StandardGray
(2), kde CenterGray a RimGray označujú hodnoty jasu nízkoodrazovú centrum a vonkajší okraj hyperechogenní rozsahu, v uvedenom poradí, zatiaľ čo StandardGray označuje hodnotu jasu odlíšiť bezdozvukovej centrum z vonkajšieho hyperechogenní ráfika. predaj z normalizovaných obrazu, oblasť záujmu (ROI), bol vybraný skúseným endosonographer (GHK) pre analýzu nádoru. Vyššie uvedená metóda poskytuje informácie o jase, vrátane minimum, maximum, priemer (T priemer), štandardná odchýlka (T SD), medián, a medzikvartilové hodnoty (obrázok 3). Obrázok 3 Príklad digitálnej analýzy obrazu. Od štandardizované obrazu, záujmové oblasti (ROI) sa zvolí skúsený endosonographer pre analýzu nádoru. Konečné výsledky pre ROI sú vyjadrené v spodnej histogramu. Priemerná (Tmean) a štandardná odchýlka (TSD) z hodnôt jasu je 81,53 a 180,50, resp.
Štatistická analýza
Všetky údaje sú vyjadrené ako priemer ± SD. Rozdiel v T mysle a T SD medzi 3 skupinami (GIST, leiomyóm a schwannom) bola hodnotená za použitia jednocestnej analýzy rozptylu (ANOVA). Prijímač prevádzkové charakteristiky (ROC) krivky bola použitá nájsť najlepšie citlivosť a cut-off hodnoty špecifickosti T mysle a T SD pre odlíšenie GIST od myómu alebo schwannomu. bol tiež vykonaný výpočet citlivosti, špecifickosti, pozitívne a negatívne prediktívne hodnoty, a presnosti pre odlíšenie GIST od myómu alebo schwannom. Hodnota p menšie ako 0,05 bola považovaná za štatisticky významnú. Štatistické výpočty boli vykonané pomocou SPSS verzia 12.0 pre Windows softvér (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).
Výsledky
Vo všetkých EUS snímok, T mysle a T SD boli úspešne vypočítané po post-štandardizované analýzy obrazu. T priemer, čo svedčí o echogenicity, bol v GIST výrazne vyššia ako v myómu a schwannom (82,8 ± 22,5, 39,8 ± 18,9 a 47,0 ± 12,0, v uvedenom poradí; p 0,001) (tabuľka 1). Okrem toho, T SD, čo svedčí o heterogenity, bola tiež v GIST výrazne vyššia, než v myómu a schwannom (83,5 ± 14,4, 54,3 ± 21,7 a 58,3 ± 17,5, v uvedenom poradí; p 0,001). Avšak, neexistuje žiadny významný rozdiel v T neslušný alebo T SD medzi myómu a schwannoma.Table 1 priemer (T priemer) a štandardná odchýlka (SD) T hodnôt jasu po digitálnej obrazovej analýzy žalúdočné mezenchýmových nádory podľa histopatologického diagnóze
GIST (n = 50)
Leiomyóm (n = 6)
schwannom (n = 9)
(p -hodnota) *
Tmean (priemer ± SD)
82,8 ± 22,5
39,8 ± 18,9
47,0 ± 12,0
0,000
T †
b
b
TSD (priemer ± SD)
83,5 ± 14,4
54,3 ± 21,7
58,3 ± 17,5
0,000
T †
b
b
GIST
gastrointestinálne stromálny nádor.
* Štatistická významnosť bola testovaná za použitia jednocestnej analýzy variance.
† rovnaká písmená ukazujú non-významný rozdiel medzi skupinami s použitím Tukeyho viacnásobného porovnávacieho testu .
Keď boli GIST delí na benígne alebo malígne skupín podľa histologické klasifikácii rizika, 31 prípady boli združené ako benígnych GIST (veľmi nízkym rizikom, 7 prípadov; s nízkym rizikom, 24 prípadov) a 14 prípadov sú malígne GIST (strednom rizikom, 10 prípadov; vysokému riziku, 4 prípadov). Nebol zistený žiadny rozdiel v T mysle alebo T SD medzi benígne a malígne GIST (88,2 ± 21,7 vs 82,1 ± 23,0, p = 0,395; 86,9 ± 12,2 vs 83,3 ± 13,1, p = 0,373, respektíve).
ROC krivka bola vytvorená s cieľom určiť najlepšie citlivosť a cut-off hodnoty špecifickosti T mysle a T SD pre odlíšenie GIST od myómu alebo schwannomu (Obrázok 4). Citlivosť a špecifickosť boli takmer optimalizované vo kritické hodnoty T mysle a T SD bolo vo veku 65 a 75, v uvedenom poradí. V tabuľke 2 sú uvedené hodnoty T strednej ≥ 65 a T SD ≥ 75 pre predikciu GIST. Prítomnosť aspoň 1 z týchto 2 zistení v danom nádoru za následok citlivosť 94%, špecificita 80%, pozitívne prediktívna hodnota 94%, negatívna prediktívna hodnota 80% a presnosť 90,8% pre predikciu GIST. Obrázok 4 Receiver pracuje charakteristické krivky pre diferenciáciu gastrointestinálne stromálny tumor (GIST) z non-GIST mezenchymálnych nádorov (ROC). ROC krivka (A) priemer (Tmean) a (B), štandardná odchýlka (TSD) z hodnôt jasu, ktoré odlišujú GIST z non-GIST mezenchymálnych nádorov v žalúdku.
Tabuľka 2 senzitivita, špecificita, pozitívne a negatívne prediktívne hodnoty a správnosť priemeru (T priemer) a smerodajnú odchýlku (T SD) hodnôt jasu, ktoré odlišujú gastrointestinálne stromálny tumor (GIST) z non-GIST mezenchymálnych nádorov v žalúdku
Predpovedanie GIST
citlivosť,% (95% CI)
Špecifickosť,% (95% CI)
PPV,% (95% CI)
NPV,% (95% CI)
spoločností Presnosť% (95% CI)
Tmean ≥ 65
86,0 (72,6 - 93,7)
93,3 (66,0 - 99,7)
97,7 (86,5 - 99,9)
66,7 (66,7 - 43,1)
87,7 (76,6 - 94,2)
TSD ≥ 75
90,0 (77,4 - 96,2)
80,0 (51.4-94.7)
93,8 (81,8-98,4 )
70,6 (44.0-88.6)
87,7 (76.6-94.2)
z vyššie uvedených funkcií 2
≥ 1
94,0 (82.5-98.4)
80,0 (51,4 - 94,7)
94,0 (82,5 - 98,4)
80,0 (51.4-94.7)
90,8 (80.3-96.2)
Both
82,0 (68.1-91.0)
93,3 (66.0-99.7)
97,6 (86,0 - 99,9)
61,0 (38,8 - 79,5)
84,6 (73,1 - 91,2)
PPV
pozitívna prediktívna hodnota, NPN
negatívnu prediktívnu hodnotu CI
dôveru časový interval.
Diskusia
V našej predchádzajúcej štúdii sme vyhodnotili vlastnosti, ktoré by mohli odlišujú od GIST myómu na EUS; heterogenita, hyperechogenní škvrny, marginálne halo, a vyššia echogenicity v porovnaní s okolitou svalovej vrstvy boli užitočné pre predikciu GIST [9]. Avšak rozsudok týchto nálezov na EUS snímok je subjektívne; to môže mať za následok zlé dohode interobservační [11, 12]. Na prekonanie tohto obmedzenia, sme sa pokúsili odvodiť viac objektívne poznatky z EUS snímok.
CZE Obraz je zložený z pixelov a jeho ozvena hustota je vyjadrená v jasových hodnôt od 0 (čierna) do 255 (biela). Analýza jasu je v zásade metódou pre hodnotenie úrovne echogenicity (vyjadrený ako T priemer) a stupeň homogenity (vyjadrený ako T SD). Okrem toho, EUS obrázky je možné zobraziť rôzne vlastnosti v súlade s rôznymi kontrasty použitých počas vyšetrenia. Z tohto dôvodu, aby sa minimalizovalo tieto rozdiely, sme zvolili jas zvukotesné centrá a vonkajším okrajom hyperechogenní rozsahu EUS, ktoré majú najmenšie variabilitu, a tiež normalizovala EUS obrázky.
Po post-štandardizované analýzy obrazu, ako T mysle a T SD boli v GIST významne vyššia ako u myómu a schwannomu. Tieto výsledky sú v súlade s tými, ktoré predchádzajúcich štúdií, ktoré hlásené vyššia echogenity v porovnaní s okolitou svalovej vrstvy a heterogenita je užitočný pri diagnostike GIST [9, 10, 14]. Inými slovami, veríme, že je vhodné vyjadriť niektoré poznatky CZE za objektívny hodnoty po analýzy digitálneho obrazu.
Podľa ROC krivky, hodnoty T mysle a T SD ukazuje najlepšie citlivosť a špecificita pre GIST boli 65 a 75, v uvedenom poradí. Ak buď T znamená ≥ 65 alebo T SD ≥ 75 bol prítomný, citlivosť a špecifickosť pre predpovedanie GIST bolo 94% a 80%, respektíve v súlade s našimi predchádzajúcimi výsledkami [9].
Ďalší sme sa pokúsili rozlíšiť benígne a malígne GIST na základe analýzy obrazu po rozdelení GIST do 2 skupín (benígne alebo malígne), podľa histologické klasifikácii rizika. Zistili sme však, žiadny rozdiel v T mysle alebo T SD medzi benígne a malígne GIST. Predchádzajúce štúdie ukázali, že veľké veľkosti, exogastric rastu, vredov, cystickej zmeny, hyperechogenní ložísk a nepravidelnosti marže prospech diagnózou malígneho gastrointestinálneho mezenchýme nádor [7, 8, 15, 16]. V našej predchádzajúcej správe, iba veľkosť bola nezávislý prediktor na základe viacnásobnej logistickej regresnej analýzy [9]. Z tohto dôvodu stále existuje obmedzenie predpovedanie malígny potenciál GIST s využitím analýzy obrazu.
Táto štúdia má niekoľko obmedzení. Po prvé, to bola retrospektívna štúdia, ktorá porovnávala EUS je k dispozícii medzi GIST a benígnych mezenchymálnych nádorov s využitím digitálnej obrazovej analýzy. Preto by mohol byť potenciálny zaujatosť, keď spätne preskúmanie EUS snímok. Počas vyšetrenia EUS sme získali aspoň 10 endosonografickéhoobrazu obrazov na určenie charakteristiky žalúdočnej mezenchymálnych nádorov; sme dúfali, by to kompenzovať, do určitej miery, k obmedzeniu čo je retrospektívnej štúdii. Po druhé, aj keď boli vykonané EUS vyšetrenia, boli vybraní pacienti na operáciu v súlade s klinickými názory a rozhodnutiami lekárov. Po tretie, počet pacientov s myómu alebo schwannom zahrnutých v tejto štúdii bol malý, vzhľadom k počtu pacientov s GIST. Toto obmedzenie môže byť vzhľadom k tomu, že najčastejšou mezenchýmových nádor žalúdka je GIST a že iné nádory, ako je napríklad myómu alebo schwannom, sú len zriedka vyskytujú na klinikách. A napokon, aj keď sme analyzovali iba EUS obrazy získané pri 7,5 MHz, aby sa znížili rozdiely medzi obrazy, ktoré by mohli byť v dôsledku rôznych frekvenciách, skutočných nastavenie EUS, ako je zisk a kontrastu, boli odlišné v každom prípade, ktorý je prekluzívne inherentnú retrospektívnu štúdiu. My sme pokus o štandardizáciu EUS snímok na základe hodnôt jasu zvukotesné centrá a vonkajším okrajom hyperechogenní rozsahu. Avšak, tento pokus o štandardizáciu CZE obrazy nebudú úplne prekonať obmedzenia retrospektívnu štúdiu. Z tohto dôvodu bude prospektívnej štúdie potrebné, ktoré používajú rovnaké podmienky nastavenia, ako je frekvencia, zosilnenie, a kontrastom.
Žalúdočné mezenchymálnych nádoru je často bez príznakov, a je obvykle objavená náhodne pri endoskopii hornej časti tráviaceho pre nepríbuzného stavu. Hlavným problémom u asymptomatických pacientov je určiť, či nádor má malígny potenciál. Vzhľadom k tomu, GIST majú malígny potenciál, žalúdka mezenchýmových nádorov by nemala byť ignorovaná, a to aj v prípade, že sú malé, ak je funkcia EUS ukazujú na GIST. Z tohto dôvodu, ak je digitálny analýzy obrazu naznačuje vysokú možnosť GIST, že by bolo lepšie, aby pokusov o získanie tkaniva (napríklad pomocou EUS navádzaním ašpirácií jemnou ihlou alebo biopsia) alebo resekcii nádoru (ako je napríklad endoskopického alebo chirurgické resekcia). . Ďalej je potrebné veľké prospektívna štúdie overiť naše výsledky analýzy EUS obrazu žalúdočných mezenchymálnych nádorov
Záver
Záverom možno konštatovať, digitálna analýza obrazu poskytuje objektívne informácie o EUS obrazu; tak, že môže byť užitočné pri diagnostikovaní žalúdočnej mezenchýmových nádorov. Výsledky analýzy EUS obrazu, ako je T znamenať ≥ 65 alebo T SD ≥ 75, môže pomôcť k odlíšeniu GIST od myómu alebo schwannomu.
Súhlas
písomný informovaný súhlas bol získaný od pacienta pre zverejnenie tejto správy a sprievodné obrázky.
Notes
Gwang Kim Ha, Kwang Baek Kim prispelo rovnakou mierou k tejto práci.
deklarácia
Poďakovanie
Táto štúdia bola podporená grantom Národný R & d. Program pre kontrolu rakoviny, ministerstvo zdravotníctva, sociálnych vecí a rodiny, Kórejská republika (0920050)
Autori ďalej len "pôvodné predložený súbory obrazov
Nižšie sú uvedené odkazy na autorov pôvodnej predložené súborov pre obrázky. "Pôvodný súbor na obrázku 1 12876_2013_1039_MOESM2_ESM.tif autorského 12876_2013_1039_MOESM1_ESM.tif autorov pôvodného súboru pre" pôvodného súboru pre Obrázok 3 12876_2013_1039_MOESM4_ESM.tif autorského Obrázok 2 12876_2013_1039_MOESM3_ESM.tif autorského pôvodného súboru na Obrázok 4 pôvodného súboru 12876_2013_1039_MOESM5_ESM.tiff autorského na obrázku 5 súťažiť záujem
autori vyhlasujú, že nemajú žiadne protichodné záujmy príspevkov na
autori '
štúdie koncept a dizajn - GHK, GBK a dyp .; Obstaranie vzoriek - GHK, dyp a HKJ; Analýza a interpretácia dát - GHK, SHL, TYJ a DHK; Vypracovanie rukopisu - GHK a dyp; Štatistická analýza - GHK a plynu; Získané finančné prostriedky - dyp; Čo-senior autor štúdie a dohľad - GAS. Všetci autori čítať a schválená konečná rukopis.