Etisk godkendelse
Denne undersøgelse blev udført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen og godkendt af den etiske komité ved Renji Hospital i Shanghai Jiao Tong University. Alle deltagere underskrev formularer med informeret samtykke.
Patientvalg
Denne retrospektive undersøgelse blev godkendt af det lokale institutionelle revisionsudvalg (IRB), og det var nødvendigt med skriftlig informeret samtykke fra patienten i denne retrospektive undersøgelse. For at indskrive patienter med formodede colonelæsioner på flerfasekontrastforstærket CT, udførte vi først en edb-søgning i patientens medicinske historiebibliotek fra januar 2014 til oktober 2018. Vi indskrev sekventielt 96, 82 og 163 patienter med histologisk bekræftet CD, UC og CRC , henholdsvis. Det histologiske resultat i disse tilfælde blev opnået ved endoskopisk biopsi eller kirurgisk resektion. For det andet udelukkede vi 24 af 96 CD-patienter, 23 af 82 UC-patienter og 51 af 163 CRC-patienter fra denne undersøgelse på grund af præoperativ strålebehandling eller kemoterapi (n = 32), hjertesvigt (n = 17), reumatisk sygdom (n = 26) ), mangel på CT (n = 15), kun uforbedret CT (n = 3) eller kun enfaset forbedret CT (n = 5). Endelig udelukkede vi yderligere 14 patienter med CD uden koloninddragelse og 9 patienter med bevægelsesgenstande i CT-billederne. Inklusionskriterierne var som følger: (1) alle patienter med histologisk bekræftet CD, UC eller CRC; og (2) alle patienter med komplette CT-data (PCP, AP og PVP) og klinisk information. Eksklusionskriterierne var som følger: (1) patienter uden forbedrede CT-scanninger eller med CT-billedkvalitet, der ikke opfyldte kravene; og (2) patienter, der havde modtaget præoperativ behandling eller led af andre sygdomme, der kan påvirke billedanalysen. Multiphase CT-billeder blev analyseret separat af to erfarne radiologer (J. Z., Q. F.) med 24 og 15 års erfaring inden for diagnostisk gastrointestinal billeddannelse. Denne gennemgang resulterede i 58 CD-patienter med koloninddragelse, 55 patienter med UC og 107 patienter med CRC. Således var der i alt 113 IBD- og 107 CRC-patienter. Som kontrolgruppe inkluderede vi også 96 patienter med fordøjelsessystemsymptomer, som blev henvist til abdominal multiphase-forbedret CT-scanninger, men havde ingen unormale fund. Et workflowdiagram for denne undersøgelse med hensyn til patientvalg er vist i fig. 4. Den kliniske information om disse patienter er anført i tabel 6.
Workflowdiagram over screening af patienter.
CT-protokol
Kontrastforstærket CT i abdominal multifase blev udført på to CT-scannere: (1) a 64-kanals multidetector CT-scanner (Discovery CT750 HD eller Lightspeed VCT, GE Healthcare, Milwaukee, USA) og (2) en 128-kanals multidetector CT-scanner (SOMATOM definition AS +, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland). I henhold til instruktionerne for abdominal CT i vores afdeling fik alle patienter en flydende diæt og gennemgik katartisk præparat 24 timer før CT-undersøgelsen. Med patientens tolerance blev 1 til 1,5 l varmt vand (30 ° C ~ 40 ° C) injiceret forsigtigt gennem anus efterfulgt af tre på hinanden følgende CT-scanninger (med alle 3 faser inkluderet) med patienten i liggende stilling. PCP CT blev udført, der dækkede hele maven fra den diafragmatiske kuppel til symphysis pubis. Efter PCP CT-scanningen blev AP og PVP CT-scanninger udført sekventielt med samme dækning. Disse to kontrastforstærkede CT-scanninger blev implementeret ved henholdsvis 35 s og 60 s efter 75-150 ml (1,5 ml / kg) ikke-ionisk ioderet kontrastmiddel (370 Iopamidol, Shanghai Bracco Sine Pharmaceutical China) blev automatisk injiceret gennem antecubital vene med en hastighed på 3,5 ml / s. Scanningsparametrene for PCP CT var som følger: 120 kV, 200-350 mA; synsfelt, 40–50 cm; skivetykkelse, 1,2 mm eller 1,25 mm; interval, 1,2 mm eller 1,25 mm; matrix, 512 × 512; rørets rotationstid, 0,6 s-0,8 s; tonehøjde, 1–1.375: 1; og genopbygningskerne, standardalgoritme. Efter rekonstruktion blev billeder vist med en tværsnitstykkelse på 1,0 mm og en opløsning i plan på 0,60 × 0,60 mm. De resulterende CT-billeder blev gennemgået gennem vores institutionelle billedarkivering og kommunikationssystemserver.
Billedvalg
For at vælge typiske billeder til TA fra hver CT-scanning, blev de tre-fase CT-billeder af hver patients kolon sekventielt set fra endetarmen til den ileocaecale krydsning efter forløbet af tyktarmen. Når CRC-læsioner eller unormal kolonfortykning blev lokaliseret, blev der defineret tre repræsentative aksiale billeder af hver CT-scanning. De repræsentative billeder på de tre CT-scanninger (PCP, AP og PVP) blev defineret ved samme tværsnit. For CRC blev det første aksiale billede erhvervet midt i tumoren, hvorved nekrose eller blodkar undgås. Det andet og tredje billede blev taget ved midterlinjen mellem henholdsvis den midterste og øvre grænse og mellem tumorens midterste og nedre kant. For IBD-patienter (UC og CD) og normale deltagere blev der valgt tre aksiale billeder af tyktarmen i den stigende, tværgående og nedadgående tyktarm (inklusive sigmoidtarmen) baseret på følgende kriterier: (a) tykkelsen af den fortykkede tyktarmsvæg eller læsioner var mere end 5 mm; (b) asymmetrisk eller lokal kolonfortykning blev foretrukket; og (c) den fortykkede tyktarmsvæg indeholdt læsioner hos patienter med IBD. CT-billederne blev gennemgået, og repræsentative billeder blev valgt af de to foregående gastrointestinale radiologer (J.Z., Q.F.) sammen, og eventuelle uenigheder blev løst ved konsensus. Hver af de tre valgte aksiale kolonbilledbilleder blev anonymiseret og eksporteret fra billedarkiverings- og kommunikationssystemet.
TA og klassificering baseret på TA
De valgte enkeltaksiale kolon-CT-billeder (DICOM-format ) blev transformeret til bitmap-formatbilleder og segmenteret læsionerne af MaZda 4.6-software (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/mazda/). Hvert billede blev manuelt kontureret og målt af to uafhængige radiologiske beboere (læsere A og B, der havde henholdsvis 3 år og 5 års erfaring inden for diagnose) for at definere den ydre margen af den fortykkede tyktarmsvæg eller læsion og blev gemt som et ROI til yderligere TA (fig. 5 CRC i AP (a), IBD i AP (b) og NTC i AP (c)). De to radiologiske beboere blev blændet for de patologiske resultater af disse patienter. Konturerne blev tegnet let inden i den fortykkede tyktarmsvæg (for IBD-patienter og normale deltagere) eller tumorgrænserne for at eliminere volumeneffekter af det tilstødende perikoloniske fedt eller gas. Under hensyntagen til, at kolonets grænser kan være vanskelige at identificere fra en ikke-forbedret CT-scanning hos nogle patienter eller deltagere, kunne de tilsvarende forbedrede billeder bruges til at definere konturen. Hver læser registrerede pixels indeholdt i hver konturerede ROI og den maksimale tykkelse af den fortykkede tyktarmsvæg eller tumor (læsning A1 og B). Læser A konturerede ROI igen 4 uger senere for at undersøge observatørens interne konsistens (læsning A2). De opnåede konturer fra målingerne A1, A2 og B blev analyseret for tekstur af en uafhængig korrekturlæser.
Afgrænsning af interesseområde (ROI) i arteriel fase. (a) For tyktarmskræft, (b) for ulcerøs colitis, (c) for normal fortykket tyktarmsvæg.
Før TA blev gråskalaen for hver kontureret ROI normaliseret med en dynamisk begrænsning på µ ± 3δ (µ, middel; δ, standardafvigelse) for at minimere virkningerne af kontrast og lysstyrkevariation, som ellers kunne sløre den virkelige tekstur32. Efter normalisering blev teksturfunktioner beregnet ved hjælp af billedbehandlingsteknikker, herunder det grå histogram, løbetid og co-forekomstmatrix, den absolutte gradient, den autoregressive model og wavelet-transformationen (se supplerende tabel C). For at bestemme hvilke strukturfunktioner, der var mest nyttige til at skelne mellem CRC, inflammatoriske læsioner af IBD og NTC fra kontrollen, blev de tidligere beregnede strukturfunktioner yderligere ekstraheret med Fisher-koefficienten, POE + ACC og MI-koefficienten31. Programmet B11 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/cost/projekt_cost.html), som studerer data for at mindske vektordimensionen og øge den diskriminerende værdi, blev brugt til den statistiske evaluering af funktioner. Vi anvendte tre forskellige tilgange i program B11: (i) PCA; (ii) LDA; (iii) NDA. Funktionerne ekstraheret fra PCA, LDA blev yderligere klassificeret af k-NN klassificering, og funktionerne ekstraheret fra NDA blev klassificeret af henholdsvis ANN klassifikatoren. Misklassificering af datavektorer ved k-NN og ANN til differentiering af CRC, IBD-læsioner og NTC blev undersøgt separat for PCP-, AP- og PVP-billeder.
For at teste konsistensen mellem (læser A1 og A2) og inter-observatør (læser A1 og B) i valget af teksturfunktioner, vælges teksturfunktionerne ved hjælp af følgende metoder til hver læser og reproducerbarheden af disse egenskaber blev analyseret: middelgrå histogramgennemsnit og varians, vinklet andet øjeblik, entropi, total entropi, forskel i varians, forskel i entropi fra co-forekomstmatrixen og forskel i løbetid og gråskala fra løbetiden matrix. Definitionerne af strukturfunktionerne er opsummeret i supplerende tabel D.
Visuel klassificering
Alle CT-billeder af hver patient blev gennemgået af to tilstedeværende gastrointestinale radiologer (læsere C og D) med 12 og 10 års erfaring og to unge beboere (læsere E og F) med henholdsvis 3 og 4 års erfaring. Læserne blev blindet for patientoplysningerne, herunder de patologiske og TA-resultater. I visuel analyse indstiller læserne det optimale vindue og niveau i henhold til visuel feedback for at sikre tilstrækkelig læsionssynlighed. En scanningsfase blev gennemgået hver gang. To uger senere blev den næste scanningsfase gennemgået for at undgå hukommelseseffekter. Læsere stillede uafhængigt diagnosen CRC, IBD eller NTC hovedsageligt baseret på mønsteret af tyktarmsvæggens fortykning og læsionskontrastforstærkende egenskaber. MCR for visualisering for hver gastrointestinal radiolog blev beregnet i henhold til følgende ligning:
Statistisk analyse
Antallet af pixels i ROI og tyktarmen på tyktarmen er udtrykt som middelværdien ± SD. Vores analyse var begrænset til midler på patientniveau for hver funktion og for hvert sæt konturer (A1, A2 og B). Målingsforskellene mellem aflæsninger (A1, A2 og B) i de samme billeder blev analyseret ved variansanalyse (ANOVA). Intra-observatør (A1, A2) og inter-observatør (A1, B) aftale mellem ROI-pixels og tykkelsesmålesessioner blev vurderet med ICC. En ICC på 0–20, 20–40, 40–60, 60–80 og 80–100 angav henholdsvis dårlig, retfærdig, moderat, væsentlig enighed og meget god enighed. Gentagelsesnøjagtigheden af teksturelementer inden for (A1 vs A2) og mellem (A1 vs B) læsere blev vurderet med overensstemmelseskoefficienten (Rc) og blev vist grafisk ved hjælp af Bland-Altman-metoden. En Rc på < 0,90, 0,90–95, 0,95–0,99 og > 0,99 angav henholdsvis dårlig, moderat, betydelig og næsten perfekt aftale . Mann-Whitney U-test blev udført for at sammenligne MCR for differentiering af CRC, IBD og NTC i hver CT-scanningsfase mellem CTTA og den visuelle analyse. Statistisk analyse blev udført ved hjælp af SPSS-software (version 22.0), og p-værdier mindre end 0,05 blev anset for at indikere signifikante forskelle. Klassificeringsevnen for de beregnede strukturfunktioner blev evalueret ved ROC-kurvanalyse ved hjælp af MedCalc-software (vision 19.1.7, MedCalc Software, Ltd., Oostende, Belgien).
Etisk godkendelse
Alle procedurer, der blev udført i undersøgelser, der involverede menneskelige deltagere, var i overensstemmelse med de etiske standarder i den institutionelle og / eller nationale forskningsudvalg og med Helsinki-erklæringen fra 1964 og dens senere ændringer eller sammenlignelige etiske standarder.
Informeret samtykke
Informeret samtykke blev opnået fra alle individuelle deltagere, der var inkluderet i undersøgelsen.