Ethische goedkeuring
Deze studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki en goedgekeurd door de ethische commissie van het Renji-ziekenhuis van de Shanghai Jiao Tong University. Alle deelnemers ondertekenden geïnformeerde toestemmingsformulieren.
Patiëntenselectie
Deze retrospectieve studie werd goedgekeurd door de lokale institutionele beoordelingsraad (IRB), en schriftelijke geïnformeerde toestemming van de patiënt was nodig in deze retrospectieve studie. Om patiënten met verdenking op colonlaesies in te schrijven op meerfasige CT met contrastverbetering, hebben we van januari 2014 tot oktober 2018 eerst een geautomatiseerde zoekopdracht uitgevoerd in de bibliotheek met medische geschiedenis van de patiënt. We hebben achtereenvolgens 96, 82 en 163 patiënten met histologisch bevestigde CD, UC en CRC ingeschreven. , respectievelijk. Het histologische resultaat in deze gevallen werd verkregen door endoscopische biopsie of chirurgische resectie. Ten tweede hebben we 24 van de 96 CD-patiënten, 23 van 82 UC-patiënten en 51 van 163 CRC-patiënten uitgesloten van deze studie vanwege preoperatieve radiotherapie of chemotherapie (n = 32), hartfalen (n = 17), reumatische ziekte (n = 26 ), gebrek aan CT (n = 15), alleen niet-verbeterde CT (n = 3) of alleen eenfasige verbeterde CT (n = 5). Ten slotte hebben we 14 extra patiënten met CD zonder betrokkenheid van de dikke darm en 9 patiënten met bewegingsartefacten in de CT-beelden uitgesloten. De inclusiecriteria waren als volgt: (1) alle patiënten met histologisch bevestigde CD, UC of CRC; en (2) alle patiënten met volledige CT-gegevens (PCP, AP en PVP) en klinische informatie. De uitsluitingscriteria waren als volgt: (1) patiënten zonder verbeterde CT-scans of met CT-beeldkwaliteit die niet voldeed aan de vereisten; en (2) patiënten die een preoperatieve behandeling hadden ondergaan of leden aan andere ziekten die de beeldanalyse kunnen beïnvloeden. Meerfasige CT-beelden werden afzonderlijk geanalyseerd door twee ervaren radiologen (J. Z., Q. F.) met 24 en 15 jaar ervaring in diagnostische gastro-intestinale beeldvorming. Deze review resulteerde in 58 CD-patiënten met betrokkenheid van de dikke darm, 55 patiënten met UC en 107 patiënten met CRC. Er waren dus in totaal 113 IBD- en 107 CRC-patiënten. Als controlegroep includeerden we ook 96 patiënten met symptomen van het spijsverteringsstelsel die waren verwezen voor abdominale meerfasige CT-scans, maar die geen abnormale bevindingen hadden. Een workflowdiagram van dit onderzoek met betrekking tot patiëntselectie wordt getoond in Fig. 4. De klinische informatie van deze patiënten is weergegeven in Tabel 6.
Workflowdiagram van patiëntenonderzoek.
CT-protocol
Abdominale meerfasige contrast-verbeterde CT werd uitgevoerd op twee CT-scanners: (1) een 64-kanaals multidetector CT-scanner (Discovery CT750 HD of Lightspeed VCT, GE Healthcare, Milwaukee, VS) en (2) een 128-kanaals multidetector CT-scanner (SOMATOM definition AS +, Siemens Healthcare, Erlangen, Duitsland). Volgens de abdominale CT-instructies op onze afdeling kregen alle patiënten een vloeibaar dieet en ondergingen ze 24 uur voor het CT-onderzoek een cathartische voorbereiding. Met de tolerantie van de patiënt werd voorzichtig 1 tot 1,5 liter warm water (30 ° C ~ 40 ° C) door de anus geïnjecteerd, gevolgd door drie opeenvolgende CT-scans (met alle 3 fasen inbegrepen) met de patiënt in rugligging. PCP CT werd uitgevoerd en bedekte de gehele buik van de diafragmatische koepel tot de symphysis pubis. Na de PCP CT-scan werden AP- en PVP-CT-scans achter elkaar uitgevoerd met dezelfde dekking. Deze twee contrastversterkte CT-scans werden geïmplementeerd na respectievelijk 35 seconden en 60 seconden, nadat 75-150 ml (1,5 ml / kg) niet-ionisch jodiumhoudend contrastmiddel (370 Iopamidol, Shanghai Bracco Sine Pharmaceutical China) automatisch via het antecubital was geïnjecteerd. ader met een snelheid van 3,5 ml / s. De scanparameters voor PCP CT waren als volgt: 120 kV, 200-350 mA; gezichtsveld, 40-50 cm; schijfdikte, 1,2 mm of 1,25 mm; interval 1,2 mm of 1,25 mm; matrix, 512 x 512; buisrotatietijd, 0,6 s-0,8 s; toonhoogte, 1–1.375: 1; en reconstructiekernel, standaard algoritme. Na reconstructie werden afbeeldingen weergegeven met een doorsnededikte van 1,0 mm en een in-plane resolutie van 0,60 x 0,60 mm. De resulterende CT-beelden werden beoordeeld via onze institutionele beeldarchiverings- en communicatiesysteemserver.
Beeldselectie
Om typische beelden voor TA van elke CT-scan te selecteren, werden de driefasige CT-beelden van de karteldarm van elke patiënt achtereenvolgens bekeken van het rectum tot de ileocaecale kruising volgens het verloop van de dikke darm. Wanneer CRC-laesies of abnormale colonverdikking werden gelokaliseerd, werden drie representatieve axiale beelden van elke CT-scan gedefinieerd. De representatieve afbeeldingen op de drie CT-scans (PCP, AP en PVP) werden gedefinieerd op dezelfde doorsnede. Voor CRC werd het eerste axiale beeld in het midden van de tumor verkregen, waarbij necrose of bloedvaten werden vermeden. De tweede en derde foto zijn genomen op de middellijn tussen de middelste en bovenste rand en tussen de middelste en onderste rand van de tumor, respectievelijk. Voor IBD-patiënten (UC en CD) en normale deelnemers werden drie axiale afbeeldingen van de dikke darm geselecteerd in de stijgende, transversale en dalende dikke darm (inclusief de sigmoïde colon) op basis van de volgende criteria: (a) de dikte van de verdikte dikke darmwand of laesies waren meer dan 5 mm; (b) asymmetrische of plaatselijke verdikking van het colon had de voorkeur; en (c) de verdikte dikke darmwand laesies bevatte bij patiënten met IBD. De CT-beelden werden beoordeeld en representatieve beelden werden geselecteerd door de vorige twee gastro-intestinale radiologen (J.Z., Q.F.) samen, en eventuele meningsverschillen werden opgelost door middel van consensus. Elk van de drie geselecteerde axiale colonbeelden werd geanonimiseerd en geëxporteerd vanuit het beeldarchiverings- en communicatiesysteem.
TA en classificatie op basis van TA
De geselecteerde enkelvoudige axiale colon-CT-beelden (DICOM-formaat ) werden omgezet in afbeeldingen in bitmapformaat en de laesies gesegmenteerd door MaZda 4.6-software (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/mazda/). Elk beeld werd handmatig van contouren voorzien en gemeten door twee onafhankelijke radiologische bewoners (lezers A en B, die respectievelijk 3 jaar en 5 jaar ervaring hadden met diagnose) om de buitenrand van de verdikte dikke darmwand of laesie te definiëren en werd opgeslagen als een ROI voor verdere TA (Fig. 5 CRC in AP (a), IBD in AP (b) en NTC in AP (c)). De twee radiologische bewoners waren blind voor de pathologische resultaten van deze patiënten. De omtrek werd lichtjes getekend binnen de verdikte dikke darmwand (voor IBD-patiënten en normale deelnemers) of de tumorgrenzen om volume-effecten van het aangrenzende pericolonische vet of gas te elimineren. Rekening houdend met het feit dat de grenzen van de dikke darm bij sommige patiënten of deelnemers moeilijk te identificeren zijn op basis van een niet-verbeterde CT-scan, kunnen de overeenkomstige verbeterde afbeeldingen worden gebruikt om de omtrek te definiëren. Elke lezer registreerde de pixels in elke voorgevormde ROI en de maximale dikte van de verdikte dikke darmwand of tumor (lezing A1 en B). Lezer A bekeek de ROI opnieuw 4 weken later om de interne consistentie van de waarnemer te onderzoeken (lezing A2). De verkregen contouren uit metingen A1, A2 en B zijn door een onafhankelijke beoordelaar op textuur geanalyseerd.
Afbakening van interessegebied (ROI) in arteriële fase. (a) Voor coloncarcinoom, (b) voor colitis ulcerosa, (c) voor normale verdikte dikke darmwand.
Vóór TA werd de grijsschaal van elke ROI met contouren genormaliseerd met een dynamische beperking van µ ± 3δ (µ, gemiddeld; δ, standaarddeviatie) om de effecten van contrast- en helderheidsvariaties te minimaliseren, die anders de werkelijkheid zouden kunnen vertroebelen. textuur32. Na normalisatie werden textuurkenmerken berekend met behulp van beeldverwerkingstechnieken, waaronder het grijze histogram, de run-length en co-occurrence-matrix, de absolute gradiënt, het autoregressieve model en de wavelet-transformatie (zie aanvullende tabel C). Om te bepalen welke textuurkenmerken het meest bruikbaar waren om CRC, inflammatoire laesies van IBD en NTC te onderscheiden van de controle, werden de eerder berekende textuurkenmerken verder geëxtraheerd door de Fisher-coëfficiënt, POE + ACC en MI-coëfficiënt. Het programma B11 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/cost/projekt_cost.html), dat gegevens bestudeert om de vectordimensie te verkleinen en de discriminerende waarde te verhogen, werd gebruikt voor de statistische evaluatie van kenmerken. We gebruikten drie verschillende benaderingen in programma B11: (i) PCA; (ii) LDA; (iii) NDA. De functies die zijn geëxtraheerd uit PCA, LDA, werden verder geclassificeerd door de k-NN-classificator en de functies die werden geëxtraheerd uit NDA, werden respectievelijk geclassificeerd door de ANN-classificator. Datavector-misclassificatie door k-NN en ANN voor de differentiatie van CRC, IBD-laesies en NTC werd afzonderlijk bestudeerd voor PCP-, AP- en PVP-beelden.
Om intra- (lezer A1 en A2) en inter-waarnemer (lezer A1 en B) consistentie te testen in de selectie van textuurkenmerken, de textuurkenmerken geselecteerd met behulp van de volgende methoden voor elke lezer en de reproduceerbaarheid van deze kenmerken werden geanalyseerd: grijsniveau-histogramgemiddelde en variantie, tweede hoekmoment, entropie, totale entropie, verschil in variantie, verschil in entropie met de co-occurrence-matrix, en verschil in run-length en grijsschaal met de run-length Matrix. De definities van de textuurkenmerken zijn samengevat in aanvullende tabel D.
Visuele classificatie
Alle CT-beelden van elke patiënt werden beoordeeld door twee aanwezige gastro-intestinale radiologen (lezers C en D) met 12 en 10 jaar ervaring en twee jonge bewoners (lezers E en F) met respectievelijk 3 en 4 jaar ervaring. De lezers waren blind voor de patiëntinformatie, inclusief de pathologische en TA-resultaten. Bij visuele analyse stellen de lezers het optimale venster en niveau in op basis van visuele feedback om voldoende zichtbaarheid van de laesie te garanderen. Elke keer werd een scanfase beoordeeld. Twee weken later werd de volgende scanfase herzien om geheugeneffecten te voorkomen. Lezers stelden onafhankelijk van elkaar de diagnose CRC, IBD of NTC voornamelijk op basis van het patroon van verdikking van de dikke darm en laesiecontrastversterkende kenmerken. De MCR van visualisatie voor elke gastro-intestinale radioloog werd berekend volgens de volgende vergelijking:
Statistische analyse
Het aantal pixels in de ROI en de dikte van de dikke darmwand worden uitgedrukt als de gemiddelde ± SD. Onze analyse was beperkt tot gemiddelden op patiëntniveau voor elk kenmerk en voor elke set contouren (A1, A2 en B). De meetverschillen tussen metingen (A1, A2 en B) in dezelfde afbeeldingen werden geanalyseerd door variantieanalyse (ANOVA). Intra-observer (A1, A2) en inter-observer (A1, B) overeenkomst tussen de ROI-pixels en diktemeetsessies werden beoordeeld met de ICC. Een ICC van 0-20, 20-40, 40-60, 60-80 en 80-100 duidde respectievelijk op een slechte, redelijke, gematigde, substantiële overeenkomst en zeer goede overeenkomst. De herhaalbaarheid van textuurkenmerken binnen (A1 vs A2) en tussen (A1 vs B) lezers werd beoordeeld met de concordantiecoëfficiënt (Rc) en werd grafisch weergegeven met behulp van de Bland-Altman-methode. Een Rc van < 0.90, 0.90–95, 0.95–0.99 en > 0,99 gaven respectievelijk een slechte, matige, substantiële en bijna perfecte overeenkomst aan . Mann-Whitney U-tests werden uitgevoerd om de MCR te vergelijken voor de differentiatie van CRC, IBD en NTC in elke CT-scanfase tussen de CTTA en de visuele analyse. Statistische analyse werd uitgevoerd met SPSS-software (versie 22.0), en p-waarden van minder dan 0,05 werden beschouwd als significante verschillen. Het classificatievermogen van de berekende textuurkenmerken werd geëvalueerd door ROC-curve-analyse met behulp van MedCalc-software (visie 19.1.7, MedCalc Software, Ltd., Oostende, België).
Ethische goedkeuring
Alle procedures die werden uitgevoerd in onderzoeken waarbij menselijke deelnemers betrokken waren, waren in overeenstemming met de ethische normen van de institutionele en / of nationale onderzoekscommissie en met de Verklaring van Helsinki uit 1964 en de latere wijzigingen daarvan of vergelijkbare ethische normen.
Geïnformeerde toestemming
Er werd geïnformeerde toestemming verkregen van alle individuele deelnemers die aan het onderzoek deelnamen.