Etisk godkjenning
Denne studien ble utført i samsvar med Helsinki-erklæringen og godkjent av etisk komité ved Renji Hospital ved Shanghai Jiao Tong University. Alle deltakerne signerte skjemaer for informert samtykke.
Pasientvalg
Denne retrospektive studien ble godkjent av det lokale institusjonelle vurderingsnemnda (IRB), og skriftlig informert pasientsamtykk var nødvendig i denne retrospektive studien. For å registrere pasienter med mistenkte kolonlesjoner på flerfase kontrastforsterket CT, utførte vi først et datastyrt søk i pasientens medisinske historiebibliotek fra januar 2014 til oktober 2018. Vi registrerte sekvensielt 96, 82 og 163 pasienter med histologisk bekreftet CD, UC og CRC , henholdsvis. Det histologiske resultatet i disse tilfellene ble oppnådd ved endoskopisk biopsi eller kirurgisk reseksjon. For det andre ekskluderte vi 24 av 96 CD-pasienter, 23 av 82 UC-pasienter og 51 av 163 CRC-pasienter fra denne studien på grunn av preoperativ strålebehandling eller cellegift (n = 32), hjertesvikt (n = 17), revmatisk sykdom (n = 26) ), mangel på CT (n = 15), bare uforsterket CT (n = 3) eller bare enfaset forbedret CT (n = 5). Til slutt ekskluderte vi ytterligere 14 pasienter med CD uten koloninvolvering og 9 pasienter med bevegelsesgjenstander i CT-bildene. Inkluderingskriteriene var som følger: (1) alle pasienter med histologisk bekreftet CD, UC eller CRC; og (2) alle pasienter med fullstendig CT-data (PCP, AP og PVP) og klinisk informasjon. Ekskluderingskriteriene var som følger: (1) pasienter uten forbedret CT-skanning eller med CT-bildekvalitet som ikke oppfylte kravene; og (2) pasienter som hadde fått preoperativ behandling eller led av andre sykdommer som kan påvirke bildeanalysen. Multiphase CT-bilder ble analysert hver for seg av to erfarne radiologer (J. Z., Q. F.) med 24 og 15 års erfaring innen diagnostisk gastrointestinal bildebehandling. Denne gjennomgangen resulterte i 58 CD-pasienter med koloninvolvering, 55 pasienter med UC og 107 pasienter med CRC. Dermed var det totalt 113 IBD- og 107 CRC-pasienter. Som en kontrollgruppe inkluderte vi også 96 pasienter med fordøyelsessystemsymptomer som ble henvist til abdominal flerfase-forbedret CT-skanning, men hadde ingen unormale funn. Et arbeidsflytskjema for denne studien med hensyn til pasientvalg er vist i figur 4. Den kliniske informasjonen til disse pasientene er oppført i tabell 6.
Workflow diagram of patients screening.
CT-protokoll
Kontrastforbedret CT i buk i flere faser ble utført på to CT-skannere: (1) a 64-kanals multidetektor CT-skanner (Discovery CT750 HD eller Lightspeed VCT, GE Healthcare, Milwaukee, USA) og (2) en 128-kanals multidetektor CT-skanner (SOMATOM definition AS +, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland). I følge buk-CT-instruksjonene i avdelingen vår fikk alle pasienter et flytende kosthold og gjennomgikk katartisk forberedelse 24 timer før CT-undersøkelsen. Med pasientens toleranse ble 1 til 1,5 l varmt vann (30 ° C ~ 40 ° C) injisert forsiktig gjennom anusen, etterfulgt av tre påfølgende CT-skanninger (med alle 3 faser inkludert) med pasienten i ryggleie. PCP CT ble utført som dekket hele magen fra den membranformede kuppelen til symfysepubisen. Etter PCP CT-skanning ble AP- og PVP CT-skanninger utført sekvensielt med samme dekning. Disse to kontrastforbedrede CT-skanningene ble implementert ved henholdsvis 35 s og 60 s etter at 75-150 ml (1,5 ml / kg) ikke-ionisk jodert kontrastmiddel (370 Iopamidol, Shanghai Bracco Sine Pharmaceutical China) ble injisert automatisk gjennom antecubital vene med en hastighet på 3,5 ml / s. Skanningsparametrene for PCP CT var som følger: 120 kV, 200–350 mA; synsfelt, 40–50 cm; skivetykkelse, 1,2 mm eller 1,25 mm; intervall, 1,2 mm eller 1,25 mm; matrise, 512 × 512; rørets rotasjonstid, 0,6 s-0,8 s; tonehøyde, 1–1.375: 1; og gjenoppbyggingskjerne, standardalgoritme. Etter rekonstruksjon ble bilder vist med en tverrsnittstykkelse på 1,0 mm og en oppløsning i plan på 0,60 × 0,60 mm. De resulterende CT-bildene ble gjennomgått gjennom vår institusjonelle bildearkivering og kommunikasjonssystemserver.
Bildevalg
For å velge typiske bilder for TA fra hver CT-skanning, ble trefaset CT-bilder av hver pasients tykktarm sett sekvensielt fra endetarmen til ileocaecal-krysset etter forløpet av tykktarmen. Når CRC-lesjoner eller unormal kolonfortykning ble lokalisert, ble tre representative aksiale bilder av hver CT-skanning definert. Representative bilder på de tre CT-skanningene (PCP, AP og PVP) ble definert i samme tverrsnitt. For CRC ble det første aksiale bildet ervervet i midten av svulsten, og unngå nekrose eller blodkar. Det andre og tredje bildet ble tatt ved midtlinjen mellom henholdsvis midtre og øvre kant og mellom midtre og nedre kant av svulsten. For IBD-pasienter (UC og CD) og normale deltakere ble tre aksiale bilder av tykktarmen valgt i stigende, tverrgående og synkende tykktarm (inkludert sigmoidtarmen) basert på følgende kriterier: (a) tykkelsen på den fortykkede tykktarmveggen eller lesjoner var mer enn 5 mm; (b) asymmetrisk eller lokal kolonfortykning var foretrukket; og (c) den fortykkede tykktarmveggen inneholdt lesjoner hos pasienter med IBD. CT-bildene ble gjennomgått, og representative bilder ble valgt av de to foregående gastrointestinale radiologene (J.Z., Q.F.) sammen, og eventuelle uenigheter ble løst gjennom konsensus. Hver av de tre valgte aksiale tykktarmbildene ble anonymisert og eksportert fra bildearkiverings- og kommunikasjonssystemet.
TA og klassifisering basert på TA
De valgte enkeltaksiale tykktarmen CT-bilder (DICOM-format ) ble transformert til bitmapformatbilder og segmentert lesjonene av MaZda 4.6-programvaren (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/mazda/). Hvert bilde ble manuelt konturert og målt av to uavhengige radiologiske beboere (leserne A og B, som hadde henholdsvis 3 år og 5 års erfaring med diagnose) for å definere den ytre margen av den fortykkede tykktarmveggen eller lesjonen og ble lagret som en ROI for ytterligere TA (fig. 5 CRC i AP (a), IBD i AP (b) og NTC i AP (c)). De to radiologiske beboerne ble blindet for de patologiske resultatene fra disse pasientene. Konturene ble tegnet litt i den fortykkede tykktarmveggen (for IBD-pasienter og normale deltakere) eller svulstgrensene for å eliminere volumeffekter av det tilstøtende perikoloniske fettet eller gassen. Med tanke på at grensene til tykktarmen kan være vanskelig å identifisere fra en ikke-forbedret CT-skanning hos noen pasienter eller deltakere, kan de tilsvarende forbedrede bildene brukes til å definere omrisset. Hver leser registrerte pikslene i hver konturerte ROI og den maksimale tykkelsen på den fortykkede kolonveggen eller svulsten (lesing A1 og B). Leser A konturerte avkastningen igjen 4 uker senere for å undersøke observatørens interne konsistens (lesing A2). De oppnådde konturene fra målingene A1, A2 og B ble analysert for tekstur av en uavhengig korrekturleser.
Avgrensning av interesseområde (ROI) i arteriell fase. (a) For tykktarmskarsinom, (b) for ulcerøs kolitt, (c) for normal fortykket tykktarmvegg.
Før TA ble gråskalaen for hver konturert avkastning normalisert med en dynamisk begrensning på µ ± 3δ (µ, gjennomsnitt; δ, standardavvik) for å minimere effekten av kontrast og lysstyrkevariasjon, noe som ellers kan sløre den virkelige tekstur32. Etter normalisering ble teksturfunksjoner beregnet ved hjelp av bildebehandlingsteknikker, inkludert det grå histogrammet, løpslengden og samforekomstmatrisen, den absolutte gradienten, den autoregressive modellen og wavelet-transformasjonen (se tilleggstabell C). For å bestemme hvilke teksturfunksjoner som var mest nyttige for å skille mellom CRC, inflammatoriske lesjoner av IBD og NTC fra kontrollen, ble de tidligere beregnede teksturfunksjonene ytterligere ekstrahert med Fisher-koeffisienten, POE + ACC og MI-koeffisienten31. Programmet B11 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/cost/projekt_cost.html), som studerer data for å redusere vektordimensjonen og øke den diskriminerende verdien, ble brukt til statistisk evaluering av funksjoner. Vi brukte tre forskjellige tilnærminger i program B11: (i) PCA; (ii) LDA; (iii) NDA. Funksjonene ekstrahert fra PCA, LDA ble ytterligere klassifisert av k-NN klassifiserende og funksjonene hentet fra NDA ble klassifisert av henholdsvis ANN klassifisereren. Misklassifisering av datavektorer ved k-NN og ANN for differensiering av CRC, IBD-lesjoner og NTC ble studert separat for PCP-, AP- og PVP-bilder.
For å teste konsistens mellom (leser A1 og A2) og inter-observatør (leser A1 og B) i valget av teksturfunksjoner, velges teksturfunksjonene ved hjelp av følgende metoder for hver leser og reproduserbarheten av disse funksjonene ble analysert: grånivå histogram gjennomsnitt og varians, vinklet andre øyeblikk, entropi, total entropi, forskjell i varians, forskjell i entropi fra co-forekomstmatrisen, og forskjell i løpetid og grå skala fra løpetiden matrise. Definisjonene av teksturfunksjonene er oppsummert i tilleggstabell D.
Visuell klassifisering
Alle CT-bilder av hver pasient ble gjennomgått av to behandlende gastrointestinale radiologer (lesere C og D) med 12 og 10 års erfaring og to unge beboere (lesere E og F) med henholdsvis 3 og 4 års erfaring. Leserne ble blindet for pasientinformasjonen, inkludert de patologiske resultatene og TA-resultatene. I visuell analyse setter leserne det optimale vinduet og nivået i henhold til visuell tilbakemelding for å sikre tilstrekkelig lesjonssynlighet. En skanningsfase ble gjennomgått hver gang. To uker senere ble neste skanningsfase gjennomgått for å unngå minneeffekter. Leserne gjorde uavhengig diagnosen CRC, IBD eller NTC, hovedsakelig basert på mønsteret av tykkelse på tykktarmen og kontrastforbedringsegenskapene til lesjonen. MCR for visualisering for hver gastrointestinal radiolog ble beregnet i henhold til følgende ligning:
Statistisk analyse
Antall piksler i avkastningen og tykkelsen på tykktarmveggen uttrykkes som gjennomsnittet ± SD. Analysen vår var begrenset til pasientnivå for hver funksjon og for hvert sett med konturer (A1, A2 og B). Måleforskjellene mellom målingene (A1, A2 og B) i de samme bildene ble analysert ved variansanalyse (ANOVA). Intra-observatør (A1, A2) og inter-observatør (A1, B) avtale mellom ROI-piksler og tykkelsesmålingsøkter ble vurdert med ICC. En ICC på 0–20, 20–40, 40–60, 60–80 og 80–100 indikerte henholdsvis dårlig, rettferdig, moderat, betydelig enighet og veldig god enighet. Repeterbarheten av teksturelle funksjoner i (A1 vs A2) og mellom (A1 vs B) lesere ble vurdert med samsvarskoeffisienten (Rc) og ble vist grafisk ved bruk av Bland-Altman-metoden. En Rc på < 0,90, 0,90–95, 0,95–0,99 og > 0,99 indikerte henholdsvis dårlig, moderat, betydelig og nesten perfekt enighet . Mann-Whitney U-tester ble utført for å sammenligne MCR for differensiering av CRC, IBD og NTC i hver CT-skanningsfase mellom CTTA og den visuelle analysen. Statistisk analyse ble utført ved bruk av SPSS-programvare (versjon 22.0), og p-verdier mindre enn 0,05 ble ansett for å indikere signifikante forskjeller. Klassifiseringsevnen til de beregnede teksturfunksjonene ble evaluert ved ROC-kurvanalyse ved bruk av MedCalc-programvare (visjon 19.1.7, MedCalc Software, Ltd., Oostende, Belgia).
Etisk godkjenning
Alle prosedyrer utført i studier med menneskelige deltakere var i samsvar med de etiske standardene til den institusjonelle og / eller nasjonale forskningskomiteen og med Helsinki-erklæringen fra 1964 og dens senere endringer eller sammenlignbare etiske standarder.
Informert samtykke
Informert samtykke ble innhentet fra alle individuelle deltakere som inngikk i studien.