Etické schválení
Tato studie byla provedena v souladu s Helsinskou deklarací a schváleno etickou komisí nemocnice Renji v Šanghaji na univerzitě Jiao Tong. Všichni účastníci podepsali formuláře informovaného souhlasu.
Výběr pacientů
Tato retrospektivní studie byla schválena místní institucionální kontrolní komisí (IRB) a v této retrospektivní studii byl nutný písemný informovaný souhlas pacientů. K zařazení pacientů s podezřením na léze tlustého střeva na vícefázové CT se zvýšeným kontrastem jsme nejprve provedli počítačové vyhledávání v knihovně anamnézy pacientů od ledna 2014 do října 2018. Postupně jsme zahrnovali 96, 82 a 163 pacientů s histologicky potvrzenými CD, UC a CRC , resp. Histologický výsledek byl v těchto případech získán endoskopickou biopsií nebo chirurgickou resekcí. Za druhé jsme z této studie vyloučili 24 z 96 pacientů s CD, 23 z 82 pacientů s UC a 51 ze 163 pacientů s CRC z důvodu předoperační radioterapie nebo chemoterapie (n = 32), srdečního selhání (n = 17), revmatického onemocnění (n = 26 ), nedostatek CT (n = 15), pouze nevylepšený CT (n = 3) nebo pouze jednofázově vylepšený CT (n = 5). Nakonec jsme z CT snímků vyloučili dalších 14 pacientů s CD bez postižení tlustého střeva a 9 pacientů s pohybovými artefakty. Kritéria pro zařazení byla následující: (1) všichni pacienti s histologicky potvrzeným CD, UC nebo CRC; a (2) všichni pacienti s úplnými údaji o CT (PCP, AP a PVP) a klinickými informacemi. Kritéria pro vyloučení byla následující: (1) pacienti bez vylepšených CT snímků nebo s kvalitou CT obrazu, kteří nesplňovali požadavky; a (2) pacienti, kteří podstoupili předoperační léčbu nebo trpěli jinými chorobami, které mohou ovlivnit analýzu obrazu. Vícefázové CT obrazy byly samostatně analyzovány dvěma zkušenými radiology (J. Z., Q. F.) s 24 a 15 lety zkušeností v diagnostickém gastrointestinálním zobrazování. Tento přehled vedl k 58 pacientům s CD s postižením tlustého střeva, 55 pacientům s UC a 107 pacientům s CRC. Celkově tedy bylo 113 pacientů s IBD a 107 pacientů s CRC. Jako kontrolní skupinu jsme také zahrnovali 96 pacientů se symptomy trávicího systému, kteří byli doporučeni pro CT vyšetření břišní vícefázové operace, ale neměli abnormální nálezy. Pracovní diagram této studie s ohledem na výběr pacientů je uveden na obr. 4. Klinické informace o těchto pacientech jsou uvedeny v tabulce 6.
Schéma pracovního postupu screeningu pacientů.
protokol CT
Abdominální vícefázové CT s kontrastem bylo provedeno na dvou CT skenerech: (1) a 64kanálový multidetektorový CT skener (Discovery CT750 HD nebo Lightspeed VCT, GE Healthcare, Milwaukee, USA) a (2) 128kanálový multidetektorový CT skener (SOMATOM definition AS +, Siemens Healthcare, Erlangen, Německo). Podle pokynů pro CT břicha na našem oddělení dostali všichni pacienti tekutou stravu a podstoupili katarzní přípravu 24 hodin před CT vyšetřením. S tolerancí pacienta byla do konečníku jemně injikována 1 až 1,5 l teplé vody (30 ° C ~ 40 ° C), po které následovaly tři po sobě jdoucí CT snímky (včetně všech 3 fází) s pacientem v poloze na zádech. Bylo provedeno PCP CT, které pokrývalo celé břicho od membránové kopule až po symfýzu pubis. Po PCP CT skenování byly postupně provedeny skenování AP a PVP CT se stejným pokrytím. Tyto dva kontrastní CT snímky byly implementovány po 35 s, respektive 60 s, poté, co bylo pomocí antecubitalu automaticky injikováno 75–150 ml (1,5 ml / kg) neiontové jodované kontrastní látky (370 Iopamidol, Shanghai Bracco Sine Pharmaceutical China). žíly rychlostí 3,5 ml / s. Parametry skenování pro PCP CT byly následující: 120 kV, 200–350 mA; zorné pole, 40–50 cm; tloušťka plátku, 1,2 mm nebo 1,25 mm; interval, 1,2 mm nebo 1,25 mm; matice, 512 × 512; doba otáčení trubice, 0,6 s – 0,8 s; hřiště, 1–1,375: 1; a rekonstrukční jádro, standardní algoritmus. Po rekonstrukci byly obrázky zobrazeny s tloušťkou průřezu 1,0 mm a s rovinným rozlišením 0,60 × 0,60 mm. Výsledné CT snímky byly zkontrolovány prostřednictvím našeho institucionálního serveru pro archivaci obrazových a komunikačních systémů.
Výběr obrazu
K výběru typických snímků pro TA z každého CT vyšetření byly postupně sledovány třífázové CT obrazy tlustého střeva každého pacienta z konečníku do ileocekálního spojení tlustého střeva. Když byly lokalizovány léze CRC nebo abnormální zesílení tlustého střeva, byly definovány tři reprezentativní axiální obrazy každého CT. Reprezentativní obrazy na třech CT skenech (PCP, AP a PVP) byly definovány ve stejném průřezu. U CRC byl první axiální obraz získán uprostřed nádoru, aby se zabránilo jakékoli nekróze nebo krevním cévám. Druhý a třetí snímek byly pořízeny ve středové linii mezi středním a horním okrajem a mezi středním a dolním okrajem nádoru. U pacientů s IBD (UC a CD) a normálních účastníků byly vybrány tři axiální obrazy tlustého střeva ve vzestupném, příčném a sestupném tlustém střevě (včetně sigmoidního tračníku) na základě následujících kritérií: (a) tloušťka zesílené stěny tlustého střeva nebo léze byla větší než 5 mm; (b) bylo upřednostňováno asymetrické nebo lokalizované zesílení tlustého střeva; a (c) zesílená stěna tlustého střeva obsahovala léze u pacientů s IBD. CT snímky byly zkontrolovány a reprezentativní snímky byly vybrány předchozími dvěma gastrointestinálními radiology (J.Z., Q.F.) společně a případné neshody byly vyřešeny konsensem. Každý ze tří vybraných axiálních obrazů tlustého střeva byl anonymizován a exportován z archivačního a komunikačního systému.
TA a klasifikace na základě TA
Vybrané jednotlivé axiální obrazy tlustého střeva CT (formát DICOM) ) byly transformovány do bitmapových formátů a segmentovány lézí softwarem MaZda 4.6 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/mazda/). Každý snímek byl ručně konturován a měřen dvěma nezávislými radiologickými rezidenty (čtenáři A a B, kteří měli 3 roky a 5 let zkušeností v diagnostice), aby definovali vnější okraj zesílené stěny tlustého střeva nebo léze, a byl uložen jako ROI pro další TA (obr. 5 CRC v AP (a), IBD v AP (b) a NTC v AP (c)). Dva radiologičtí obyvatelé byli zaslepeni patologickými výsledky těchto pacientů. Obrys byl mírně zakreslen do zesílené stěny tlustého střeva (u pacientů s IBD a normálních účastníků) nebo do hranic nádoru, aby se eliminovaly objemové účinky sousedního perikolonického tuku nebo plynu. Vezmeme-li v úvahu, že hranice tlustého střeva může být obtížné identifikovat z nevylepšeného CT skenu u některých pacientů nebo účastníků, lze k definování obrysu použít odpovídající vylepšené obrázky. Každý čtenář zaznamenal pixely obsažené v každé konturované ROI a maximální tloušťku zesílené stěny tlustého střeva nebo nádoru (čtení A1 a B). Čtenář A konturoval ROI znovu o 4 týdny později, aby prozkoumal vnitřní konzistenci pozorovatele (čtení A2). Získané obrysy z hodnot A1, A2 a B byly analyzovány na texturu nezávislým recenzentem.
Vymezení oblasti zájmu (ROI) v arteriální fázi. (a) U karcinomu tlustého střeva, (b) u ulcerózní kolitidy, (c) u normální zesílené stěny tlustého střeva.
Před TA byla šedá stupnice každé konturované ROI normalizována s dynamickým omezením µ ± 3δ (µ, průměr; δ, standardní odchylka), aby se minimalizovaly účinky kontrastu a kolísání jasu, které by jinak mohly rozmazat skutečnou texture32. Po normalizaci byly texturní prvky vypočítány pomocí technik zpracování obrazu, včetně šedého histogramu, matice běhu a společného výskytu, absolutního gradientu, autoregresního modelu a vlnkové transformace (viz doplňková tabulka C). Abychom určili, které texturní znaky byly nejužitečnější pro rozlišení CRC, zánětlivých lézí IBD a NTC od kontroly, byly dříve vypočítané texturní znaky dále extrahovány Fisherovým koeficientem, POE + ACC a MI koeficientem31. Ke statistickému vyhodnocení vlastností byl použit program B11 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/cost/projekt_cost.html), který studuje data za účelem zmenšení vektorové dimenze a zvýšení diskriminační hodnoty. V programu B11 jsme použili tři různé přístupy: (i) PCA; (ii) LDA; (iii) NDA. Funkce extrahované z PCA, LDA byly dále klasifikovány klasifikátorem k-NN a funkce extrahované z NDA byly klasifikovány klasifikátorem ANN. Chybná klasifikace datových vektorů pomocí k-NN a ANN pro diferenciaci lézí CRC, IBD a NTC byla studována samostatně pro obrazy PCP, AP a PVP.
Chcete-li otestovat intra- (čtečka A1 a A2) a inter-pozorovatel (čtečka A1 a B) konzistenci při výběru prvků textury, prvky textury vybrané pomocí následujících metod pro každou čtečku a reprodukovatelnost tyto vlastnosti byly analyzovány: průměr a rozptyl histogramu na úrovni šedé, úhlový druhý moment, entropie, celková entropie, rozdíl v rozptylu, rozdíl v entropii z matice společného výskytu a rozdíl v délce běhu a šedé stupnici od délky běhu matice. Definice vlastností textury jsou shrnuty v doplňkové tabulce D.
Vizuální klasifikace
Všechny snímky CT každého pacienta byly zkontrolovány dvěma ošetřujícími gastrointestinálními radiology (čtenáři C a D) s 12 a 10 let zkušeností a dva mladí obyvatelé (čtenáři E a F) se zkušenostmi 3 a 4 roky. Čtenáři byli zaslepeni informacemi o pacientech, včetně patologických a TA výsledků. Ve vizuální analýze čtenáři nastavili optimální okno a úroveň podle vizuální zpětné vazby, aby zajistili dostatečnou viditelnost léze. Pokaždé byla zkontrolována jedna fáze skenování. O dva týdny později byla zkontrolována další fáze skenování, aby se zabránilo efektům paměti. Čtenáři nezávisle stanovili diagnózu CRC, IBD nebo NTC hlavně na základě vzorce zesílení stěny tlustého střeva a zlepšení kontrastu lézí. MCR vizualizace pro každého gastrointestinálního radiologa byl vypočten podle následující rovnice:
Statistická analýza
Počet pixelů v ROI a tloušťka stěny tlustého střeva jsou vyjádřeny jako průměr ± SD. Naše analýza byla omezena na prostředky na úrovni pacienta pro každou funkci a pro každou sadu obrysů (A1, A2 a B). Rozdíly měření mezi odečty (A1, A2 a B) na stejných obrázcích byly analyzovány analýzou rozptylu (ANOVA). Shoda mezi pozorovateli (A1, A2) a mezi pozorovateli (A1, B) mezi pixely ROI a relacemi měření tloušťky byla hodnocena pomocí ICC. ICC 0–20, 20–40, 40–60, 60–80 a 80–100 naznačovalo špatnou, spravedlivou, umírněnou, zásadní dohodu a velmi dobrou dohodu. Opakovatelnost texturních znaků u čtenářů (A1 vs A2) a mezi čtenáři (A1 vs B) byla hodnocena pomocí koeficientu shody (Rc) a byla zobrazena graficky pomocí Bland-Altmanovy metody. Rc < 0,90, 0,90–95, 0,95–0,99 a > 0,99 naznačovaly špatnou, střední, podstatnou a téměř dokonalou shodu . Byly provedeny Mann-Whitneyovy U testy pro srovnání MCR pro diferenciaci CRC, IBD a NTC v každé fázi CT skenování mezi CTTA a vizuální analýzou. Statistická analýza byla provedena pomocí softwaru SPSS (verze 22.0) a hodnoty p menší než 0,05 byly považovány za indikující významné rozdíly. Schopnost klasifikace vypočítaných texturních prvků byla hodnocena analýzou křivky ROC pomocí softwaru MedCalc (vision 19.1.7, MedCalc Software, Ltd., Ostend, Belgie).
Etické schválení
Všechny postupy prováděné ve studiích zahrnujících lidské účastníky byly v souladu s etickými normami institucionálního nebo národního výzkumného výboru a s helsinskou deklarací z roku 1964 a jejími pozdějšími dodatky nebo srovnatelnými etickými normami.
Informovaný souhlas
Informovaný souhlas byl získán od všech jednotlivých účastníků zahrnutých do studie.