Zatwierdzenie etyki
Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską i zatwierdzone przez Komisję Etyki Szpitala Renji Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju. Wszyscy uczestnicy podpisali formularze świadomej zgody.
Wybór pacjentów
To badanie retrospektywne zostało zatwierdzone przez lokalną instytucjonalną komisję przeglądową (IRB), a pisemna świadoma zgoda pacjenta była konieczna w tym retrospektywnym badaniu. Aby zakwalifikować pacjentów z podejrzeniem zmian okrężnicy do wielofazowej TK z kontrastem, najpierw przeprowadziliśmy komputerowe przeszukiwanie biblioteki historii choroby pacjenta od stycznia 2014 r. Do października 2018 r. Kolejno zakwalifikowaliśmy 96, 82 i 163 pacjentów z histologicznie potwierdzonymi CD, UC i CRC. odpowiednio. Wynik histologiczny w tych przypadkach uzyskano za pomocą biopsji endoskopowej lub resekcji chirurgicznej. Po drugie, z tego badania wykluczyliśmy 24 z 96 pacjentów CD, 23 z 82 pacjentów z UC i 51 z 163 pacjentów z CRC z powodu przedoperacyjnej radioterapii lub chemioterapii (n = 32), niewydolności serca (n = 17), choroby reumatycznej (n = 26 ), brak CT (n = 15), tylko nie wzmocniony CT (n = 3) lub tylko jednofazowy wzmocniony CT (n = 5). Ostatecznie wykluczyliśmy dodatkowych 14 pacjentów z CD bez zajęcia jelita grubego i 9 pacjentów z artefaktami ruchowymi na obrazach CT. Kryteria włączenia były następujące: (1) wszyscy pacjenci z histologicznie potwierdzonym CD, UC lub CRC; oraz (2) wszyscy pacjenci z pełnymi danymi CT (PCP, AP i PVP) oraz informacjami klinicznymi. Kryteria wykluczenia były następujące: (1) pacjenci bez wzmocnionych skanów TK lub z jakością obrazu TK, która nie spełniała wymagań; oraz (2) pacjenci poddani leczeniu przedoperacyjnemu lub cierpiący na inne choroby, które mogą mieć wpływ na analizę obrazu. Obrazy wielofazowe CT były oddzielnie analizowane przez dwóch doświadczonych radiologów (J. Z., Q. F.) z 24 i 15-letnim doświadczeniem w diagnostycznym obrazowaniu przewodu pokarmowego. Przegląd ten wykazał 58 pacjentów z CD z zajęciem okrężnicy, 55 pacjentów z UC i 107 pacjentów z CRC. Tak więc łącznie było 113 chorych na IBD i 107 chorych na CRC. Jako grupę kontrolną włączyliśmy również 96 pacjentów z objawami ze strony układu pokarmowego, którzy zostali skierowani na wielofazowe wzmocnione badanie TK jamy brzusznej, ale nie mieli żadnych nieprawidłowych wyników. Schemat przebiegu tego badania w odniesieniu do wyboru pacjentów przedstawiono na ryc. 4. Informacje kliniczne dotyczące tych pacjentów przedstawiono w tabeli 6.
Diagram przepływu pracy podczas badań przesiewowych pacjentów.
Protokół TK
Wielofazowe TK z kontrastem w jamie brzusznej wykonano na dwóch skanerach TK: (1) a 64-kanałowy multidetector CT skaner (Discovery CT750 HD lub Lightspeed VCT, GE Healthcare, Milwaukee, USA) oraz (2) 128-kanałowy multidetector CT (definicja SOMATOM AS +, Siemens Healthcare, Erlangen, Niemcy). Zgodnie z zaleceniami TK jamy brzusznej na naszym oddziale, wszyscy pacjenci otrzymywali dietę płynną oraz zostali przygotowani do leczenia przeczyszczającego na 24 h przed badaniem TK. Z tolerancją pacjenta delikatnie wstrzyknięto 1 do 1,5 l ciepłej wody (30 ° C ~ 40 ° C) przez odbyt, a następnie wykonano trzy kolejne badania TK (obejmujące wszystkie 3 fazy), gdy pacjent leżał na plecach. Wykonano PCP CT obejmując cały brzuch od kopuły przepony do spojenia łonowego. Po skanie PCP CT, skany AP i PVP CT wykonano sekwencyjnie z tym samym pokryciem. Te dwa skany CT ze wzmocnieniem kontrastowym wykonano odpowiednio po 35 si 60 s, po automatycznym wstrzyknięciu 75–150 ml (1,5 ml / kg) niejonowego jodowego środka kontrastowego (370 Iopamidol, Shanghai Bracco Sine Pharmaceutical China). żyła z prędkością 3,5 ml / s. Parametry skanowania dla PCP CT były następujące: 120 kV, 200–350 mA; pole widzenia 40–50 cm; grubość plastra 1,2 mm lub 1,25 mm; odstęp 1,2 mm lub 1,25 mm; matryca, 512 × 512; czas obrotu lampy 0,6 s-0,8 s; nachylenie, 1–1,375: 1; i jądro rekonstrukcji, standardowy algorytm. Po rekonstrukcji wyświetlano obrazy o grubości przekroju 1,0 mm i rozdzielczości w płaszczyźnie 0,60 × 0,60 mm. Otrzymane obrazy CT zostały przejrzane przez nasz instytucjonalny serwer archiwizacji obrazów i systemu komunikacji.
Wybór obrazu
Aby wybrać typowe obrazy dla TA z każdego skanu TK, trójfazowe obrazy TK jelita grubego każdego pacjenta były sekwencyjnie oglądane od odbytnicy do połączenia krętniczo-kątniczego zgodnie z kursem okrężnicy. Po zlokalizowaniu zmian CRC lub nieprawidłowego zgrubienia okrężnicy zdefiniowano trzy reprezentatywne obrazy osiowe każdego skanu CT. Reprezentatywne obrazy na trzech skanach CT (PCP, AP i PVP) zdefiniowano w tym samym przekroju. W przypadku CRC pierwszy obraz osiowy uzyskano w środku guza, unikając martwicy lub naczyń krwionośnych. Drugie i trzecie zdjęcie wykonano odpowiednio na linii środkowej między środkową i górną granicą oraz między środkową i dolną granicą guza. W przypadku pacjentów z IBD (UC i CD) i zdrowych uczestników wybrano trzy osiowe obrazy okrężnicy w okrężnicy wstępującej, poprzecznej i zstępującej (w tym okrężnicy esicy) na podstawie następujących kryteriów: (a) grubość pogrubionej ściany okrężnicy lub zmiany były większe niż 5 mm; (b) preferowano asymetryczne lub miejscowe pogrubienie okrężnicy; i (c) pogrubiona ściana okrężnicy zawierała zmiany chorobowe u pacjentów z IBD. Obrazy CT zostały przejrzane i reprezentatywne obrazy zostały wybrane przez poprzednich dwóch radiologów żołądkowo-jelitowych (J.Z., Q.F.) razem, a wszelkie nieporozumienia zostały rozwiązane w drodze konsensusu. Każdy z trzech wybranych obrazów osiowej okrężnicy został zanonimizowany i wyeksportowany z systemu archiwizacji obrazu i systemu komunikacji.
TA i klasyfikacja na podstawie TA
Wybrane pojedyncze obrazy osiowe CT okrężnicy (format DICOM ) zostały przekształcone w obrazy w formacie bitmapowym i podzielone na segmenty za pomocą oprogramowania MaZda 4.6 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/mazda/). Każdy obraz został ręcznie wyprofilowany i zmierzony przez dwóch niezależnych rezydentów radiologicznych (czytelników A i B, którzy mieli odpowiednio 3-letnie i 5-letnie doświadczenie w diagnostyce) w celu określenia zewnętrznego brzegu pogrubionej ściany okrężnicy lub zmiany i został zapisany jako obszar zainteresowania dla dalszych TA (ryc. 5 CRC w AP (a), IBD w AP (b) i NTC w AP (c)). Dwaj rezydenci radiologiczni byli zaślepieni na patologiczne wyniki tych pacjentów. Kontur został lekko narysowany w obrębie pogrubionej ściany okrężnicy (dla pacjentów z IBD i zdrowych uczestników) lub granic guza, aby wyeliminować wpływ objętości przylegającej tkanki tłuszczowej lub gazu okołowierzchołkowego. Biorąc pod uwagę, że granice okrężnicy mogą być trudne do zidentyfikowania na podstawie niewzmocnionego tomografii komputerowej u niektórych pacjentów lub uczestników, odpowiednie wzmocnione obrazy można wykorzystać do zdefiniowania konturu. Każdy czytelnik zapisywał piksele zawarte w każdym obrysowanym obszarze ROI i maksymalną grubość pogrubionej ściany okrężnicy lub guza (odczyt A1 i B). Czytelnik A ponownie obrysował ROI 4 tygodnie później, aby zbadać wewnętrzną spójność obserwatora (odczyt A2). Uzyskane kontury z odczytów A1, A2 i B zostały przeanalizowane pod kątem tekstury przez niezależnego recenzenta.
Wyznaczenie obszaru zainteresowania (ROI) w fazie tętniczej. (a) W przypadku raka okrężnicy, (b) w przypadku wrzodziejącego zapalenia jelita grubego, (c) w przypadku normalnej pogrubionej ściany okrężnicy.
Przed TA skala szarości każdego obrysowanego obszaru ROI została znormalizowana z dynamicznym ograniczeniem µ ± 3δ (µ, średnia; δ, odchylenie standardowe), aby zminimalizować wpływ zmian kontrastu i jasności, które w przeciwnym razie mogłyby zamazać rzeczywisty texture32. Po normalizacji cechy tekstury obliczono przy użyciu technik przetwarzania obrazu, w tym histogramu szarości, macierzy długości przebiegu i współwystępowania, gradientu absolutnego, modelu autoregresyjnego i transformaty falkowej (patrz Tabela uzupełniająca C). Aby określić, które cechy tekstury były najbardziej przydatne do odróżnienia CRC, zmian zapalnych IBD i NTC od kontroli, obliczone wcześniej cechy tekstury zostały dodatkowo wyodrębnione przez współczynnik Fishera, współczynnik POE + ACC i MI31. Do statystycznej oceny cech wykorzystano program B11 (http://www.eletel.p.lodz.pl/programy/cost/projekt_cost.html), który bada dane w celu zmniejszenia wymiaru wektora i zwiększenia wartości dyskryminacyjnej. W programie B11 zastosowaliśmy trzy różne podejścia: (i) PCA; (ii) LDA; (iii) NDA. Cechy wyodrębnione z PCA, LDA zostały dodatkowo sklasyfikowane według klasyfikatora k-NN, a cechy wyodrębnione z NDA zostały sklasyfikowane odpowiednio przez klasyfikator ANN. Błędna klasyfikacja wektora danych według k-NN i ANN dla różnicowania CRC, uszkodzeń IBD i NTC badano oddzielnie dla obrazów PCP, AP i PVP.
Aby przetestować spójność między obserwatorami (czytelnik A1 i A2) i między obserwatorami (czytelnik A1 i B) w zakresie wyboru cech tekstury, cechy tekstury wybrane przy użyciu następujących metod dla każdego czytelnika oraz powtarzalność analizowano te cechy: średnią i wariancję histogramu na poziomie szarości, drugi moment kątowy, entropię, całkowitą entropię, różnicę wariancji, różnicę w entropii z macierzy współwystępowania oraz różnicę w długości przebiegu i skali szarości na podstawie długości przebiegu matryca. Definicje cech tekstury podsumowano w tabeli uzupełniającej D.
Klasyfikacja wizualna
Wszystkie obrazy TK każdego pacjenta zostały przejrzane przez dwóch radiologów przewodu pokarmowego (czytelników C i D) z 12 i 10 lat doświadczenia oraz dwóch młodych mieszkańców (czytelnicy E i F) z odpowiednio 3 i 4 letnim doświadczeniem. Czytelnicy byli zaślepieni na informacje o pacjentach, w tym wyniki patologiczne i TA. W analizie wizualnej czytelnicy ustawiają optymalne okno i poziom zgodnie z wizualną informacją zwrotną, aby zapewnić wystarczającą widoczność zmiany. Za każdym razem przeglądano jedną fazę skanowania. Dwa tygodnie później dokonano przeglądu następnej fazy skanowania, aby uniknąć efektów pamięci. Czytelnicy niezależnie postawili diagnozę CRC, IBD lub NTC głównie na podstawie wzorca pogrubienia ściany jelita grubego i charakterystyki wzmocnienia kontrastowego zmiany. MCR wizualizacji dla każdego radiologa żołądkowo-jelitowego obliczono według następującego równania:
Analiza statystyczna
Liczba pikseli w obszarze ROI i grubość ściany okrężnicy są wyrażone jako średnia ± SD. Nasza analiza była ograniczona do średnich na poziomie pacjenta dla każdej cechy i dla każdego zestawu konturów (A1, A2 i B). Różnice pomiarowe pomiędzy odczytami (A1, A2 i B) na tych samych obrazach analizowano za pomocą analizy wariancji (ANOVA). Zgodność między obserwatorem (A1, A2) i między obserwatorem (A1, B) pomiędzy pikselami ROI a sesjami pomiaru grubości oceniano za pomocą ICC. ICC na poziomie 0–20, 20–40, 40–60, 60–80 i 80–100 wskazywało odpowiednio na słabą, sprawiedliwą, umiarkowaną, istotną zgodność i bardzo dobrą. Powtarzalność cech teksturalnych w obrębie (A1 vs A2) i pomiędzy (A1 vs B) czytelników oceniono za pomocą współczynnika zgodności (Rc) i przedstawiono graficznie metodą Blanda-Altmana. Rc < 0,90, 0,90–95, 0,95–0,99 i > 0,99 wskazywały odpowiednio na słabą, umiarkowaną, znaczną i prawie doskonałą zgodność . Przeprowadzono testy U Manna-Whitneya w celu porównania MCR dla różnicowania CRC, IBD i NTC w każdej fazie skanowania CT między CTTA i analizą wizualną. Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu oprogramowania SPSS (wersja 22.0), a wartości p mniejsze niż 0,05 uznano za wskazujące na istotne różnice. Zdolność klasyfikacyjną obliczonych cech tekstury oceniono za pomocą analizy krzywej ROC przy użyciu oprogramowania MedCalc (wizja 19.1.7, MedCalc Software, Ltd., Ostenda, Belgia).
Zatwierdzenie etyczne
Wszystkie procedury przeprowadzone w badaniach z udziałem ludzi były zgodne z normami etycznymi instytucji i / lub krajowej komisji badawczej oraz z Deklaracją helsińską z 1964 r. I jej późniejszymi zmianami lub z porównywalnymi standardami etycznymi.
Świadoma zgoda
Świadomą zgodę uzyskano od wszystkich indywidualnych uczestników objętych badaniem.