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早期原发性肝癌诊断中数字化超声诊断系统的应用

2024-04-23 74 上传者：管理员

摘要：目的探讨数字化超声诊断系统在早期原发性肝癌(PLC)诊断中的应用价值。方法回顾性分析2018年5月～2019年5月于本院就诊的96例疑似早期PLD患者的临床资料，利用BP神经网络构建数字化超声诊断系统，所有研究对象均接受数字化超声诊断系统和常规超声进行诊断。比较2种方法诊断早期PLC的结果、灵敏度、特异度和准确度的差异。结果 96例受试者中32例被确诊为早期PLC，占总研究对象33.33%,64例被确诊为非早期PLC(肝血管瘤13例、肝囊肿5例、肝海绵状血管瘤4例、肝脏局灶性结节增生8例、甲型肝炎7例，乙型肝炎1例，正常24例)，占比为66.67%；数字化超声诊断系统结果中有32例拟诊断为早期PLC,64例拟诊断为非PLC，误诊1例，漏诊1例，经常规超声诊断，31例拟诊断为早期PLC,65例拟诊断为非PLC，误诊4例，漏诊5例；数字化超声诊断系统诊断早期PLC灵敏度、特异度、准确度均高于常规超声诊断。结论相较于常规超声诊断，数字化超声诊断系统对早期PLC诊断的准确率更高，对早期PLC诊断具有一定实际意义。

关键词：
PLC
数字化超声诊断系统
早期原发性肝癌
诊断系统
超声影像医学
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原发性肝癌(primary liver cancer,PLC)是一种严重危害生命健康的恶性肿瘤之一，我国PLC发病率在全球范围内排名第3，每年新增PLC病例和死亡的肝癌患者50%来源于中国[1]。PLC病情发展迅速，据统计约70%患者在确诊PLC时已发展到中晚期，失去最佳手术时机[2]，因此PLC早期诊断意义重大。尽管病理学检查是确诊PLC的金标准，但因造成生理创伤无法普及[3]。随着超声影像医学的发展，病理检查不再是诊断PLC的必要条件[4]，常规超声诊断有一定价值，但仍有部分漏诊、误诊的情况[5]。数字化超声诊断系统是利用BP神经网络识别系统结合大量临床资料和计算机强大的计算能力构建的诊断系统。该系统可以通过输入患者病情资料输出对应诊断结果，但其对早期PLC诊断的灵敏度、特异度和准确度是否优于常规超声诊断仍需进一步验证。因此本研究通过对比数字化超声诊断系统和常规超声诊断两种方式对疑似早期PLC患者的诊断结果，探讨数字化超声诊断系统在早期PLC诊断中的应用价值。

1、资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析2018年5月～2019年5月于本院就诊的96例疑似早期PLD患者的临床资料，其中男性52例，女性44例，年龄35岁～61岁，平均年龄(55.65±11.13)岁，身体质量指数(body mass index,BMI)17.98kg/m2～25.48kg/m2，平均BMI(23.95±4.57)kg/m2，其中乙型肝炎样病毒(hepatitis B virus,HBV)抗体阳性41例，HBV感染史20例，丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)抗体阳性33例，HCV感染史24例，长期暴露高危放射线环境9例，长期饮酒史36例，长期接触黄曲霉素25例，肝癌家族史17例，不明原因消瘦8例，不明原因肝区疼痛34例，发热30例。

纳入标准：出现肝区疼痛、消化道症状、发热、消瘦乏力或出现下肢水肿者；临床上甲胎蛋白(alpha fetal protein,AFP)浓度达300～500ng/m L，经2～4周复查不下降或上升；肝癌家族史，HBV或HCV抗体阳性或有感染史；肝功能Child分级[6]A或者B级；3天内未接受其他腹部脏器造影；疑似早期PLC，有高危因素，如长期接触、暴露于放射线，长期饮酒史，长期食用霉变食物、亚硝胺食物或使用藻类毒素污染水，血吸虫与华之睾吸虫感染菌阳性或感染史等；临床资料齐全并同意调阅研究。排除标准：肝癌复发者；继发性肝癌患者；合并精神疾病者；严重器官衰竭者。

1.2方法

彩色多普勒超声诊断：采用DC-N3S型彩色多普勒超声诊断系统(深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，广东深圳)诊断并记录所有患者的超声影像学特征，包括：肝脏大小、肝脏边缘、肝脏边角、肝实质回声、病灶大小、病灶部位、病灶数目、病灶边缘、病灶回声性质、病灶是否有声晕、病灶内部液化程度、肝血管、胆管、纹理清晰度、病灶内外血流分布等，并由同一专家小组对患者影像资料进行判断，得出诊断结果。

数字化超声诊断系统的应用：(1)病例数据库建立：收集于本院进行PLC超声检查的患者肝脏影像资料，在经验丰富的专家指导下选取兴趣区(regions of interest,ROI)，提取关键诊断要素作为特征变量Xi(i=1,2，···n),i表示特征变量数量，最终共提取16个特征变量，包括：肝脏大小、边缘清晰度、肝实质回声均匀程度、局灶性增强、肝脏内肿物直径、病灶数量、肿瘤部位、结节内部回声、癌栓、包膜内部液化情况、声晕、后方回声、肝血管、胆管、纹理清晰度、病灶内外血流分布，根据程度高低进行初始化网络权重，根据病理情况将其赋值为0、1、2···n等，0～n依次表示正常到病变(如X1=癌栓，无癌栓=0，有癌栓=1);(2)向前传播输入：通过神经网络识别系统区分正常肝脏和PLC，并进行分类，分类器包含输入器、隐含层和输出器，输入所选有效特特征变量，经过神经元判断生成结果通过输出器输出；(3)反向误差传播：由输出器得到的结果与预期输出值相比较得出每个输出单元的误差，得到误差之后向前传播，在模拟过程中根据结果收集系统产生的误差并返回到输出值用来调节神经元的权重或者节点阈值；(4)判断结束：最终输出误差小于可接受范围或者迭代次数到达一定阈值，选取下一个样本进行重复执行，否则迭代次数加1继续使用当前样本进行训练，直至所有训练样本完成为止；(5)训练样本测试完毕，数字化超声诊断系统构建完成；(6)通过构建成功的数字化超声诊断系统对受试患者影像资料进行诊断，医师通过症状录入界面对病人相关信息进行勾选录入，上传影像资料，通过该系统进行计算分析得出诊断结果。

病理学检查：若受试者有明显肝脏占位性病变，结合其他临床化验结果进行手术评估，适合手术者实施腹腔镜下切除术，并将手术切除组织送至病理科实施病理学检查，根据病理学检查结果判断是否罹患早期PLC；若受试者未发现有明显肝脏占位性病变，结合肝功能检查结果，若异常则实施腹腔镜探查术，根据术中所见判断早期PLC的发生情况。

1.3观察指标

(1)所有研究对象病理结果；(2)所有研究对象诊断结果；(3)比较2种诊断方法诊断PLC的灵敏度、特异度和准确度。

1.4统计学方法

采用SPSS 23.00进行统计学分析，根据诊断结果绘制“四表格”，计算不同方法诊断早期PLC的灵敏度、特异度、准确度，灵敏度=真阳性/(真阳性+假阴性)×100%，特异度=真阴性/(真阴性+假阳性)×100%，准确度=(真阳性+真阴性)/总例数×100%。

2、结果

2.1所有研究对象病理结果

根据病理学检查结果，32例受试者确诊为早期PLC患者，余64例为非早期PLC，其中肝血管瘤13例、肝囊肿5例、肝海绵状血管瘤4例、肝脏局灶性结节增生8例、甲型肝炎7例，乙型肝炎1例，正常24例。

2.2所有研究对象诊断结果

32例确诊为早期PLC的患者中经数字化超声诊断系统有31例拟诊断为早期PLC，经常规超声有27例拟诊断为早期PLC(肝脏肿大11例，肝脏轮廓线不清晰18例，肿块回声较肝脏增强14例，周边有声晕7例)；64例确诊为非早期PLC的受试者中经数字化超声诊断系统有1例拟诊断为早期PLC，经常规超声有4例拟诊断为早期PLC(肝脏肿大2例，肝脏内部出现清晰高回声1例，肝脏边缘轮廓不清晰4例，液化区2例)。2种方法诊断早期PLC的“四表格”结果见表1。

2.3 2种诊断方法诊断PLC的灵敏度、特异度和准确度

数字化超声诊断系统诊断早期PLC灵敏度、特异度、准确度均高于常规超声，见表2。

表1 2种诊断方法诊断早期PLC结果

表2 2种诊断方法诊断早期PLC的灵敏度、特异度和准确度

3、讨论

早期PLC患者通常没有症状或者症状不典型[7]，只有当患者临床症状明显时才会去医院就诊，但此时大多数患者已处于中晚期[8]。PLC患者之所以预后差，很大程度上是因为早期检出率低[9]。因此，早期诊断和治疗对PLC患者早期治疗及预后意义重大。常规超声诊断大多依靠医生的专业知识与经验，主观性较强，影响因素多，难免出现误诊和漏诊[10]。为了提高早期PLC的检查率和准确度，早期PLC的影像学诊断工作还需要寻找准确度、灵敏度更高的诊断系统。

本研究发现数字化超声诊断系统对PLC诊断的灵敏度、特异度、准确度均高于常规超声，说明数字化超声诊断系统对早期PLC的准确识别率高。数字化诊断系统直接获取数值化超声影像资料，信息丰富且维度多，可通过影像后处理进一步获取关键区域或感兴趣的信息[11]。该系统通过专家指导下选取ROI，对区分早期PLC和非PLC具有一定的客观参考价值，从多种PLC相关变量中抽取的特征变量具有PLC指向性，而常规超声诊断通过医生肉眼观察，可能无法做到短时间内精准、全面地筛查所有关于早期PLC的疾病指征，从这方面来讲，数字化超声诊断系统相比常规超声具有更高效、更智能化的优点，可以更准确的把握疾病相关要素，进而提高早期PLC的诊出率和准确率。基于BP网络神经网络构建的数字化超声诊断系统具有较强的学习、联想、记忆和判断能力，具有自适应和非线性映射能力[12]。BP神经网络是一种多层前馈神经网络，其最大特点是通过信号前向传递，反向传播误差，通过隐含层处理输入信号，每层神经元值影响下一层，根据预测误差值调整网络权重和阈值，且单层神经网络的权重系数均具有医学解释性，输出值不断逼近真值或期望值[13]。数字化超声系统通过前期大量训练样本的训练，具备强大的联想和分辨能力，以此为基础，在处理数字化影像资料时可大大提高真值的判断准确率。常规超声诊断以医生学习和诊断经验为知识储备，直观判断作为基础算法，无论从诊出率和准确度均无法与该系统相媲美。大量权威的专家经验、巨大的样本量和强大的BP神经网络算法，共同促使数字化超声诊断系统具有强大的学习和判断能力，对早期PLC的诊断准确度更高，为早期PLC的智能诊断技术开辟了一条新的途径。

另外本研究还发现数字化超声诊断系统诊断PLC误诊1例，漏诊1例，常规超声诊断误诊4例，漏诊5例，说明数字化超声系统对疾病的判断准确率和识别率均优于常规超声诊断。常规超声诊断造成误诊的原因主要有：影像信息细节判断不准确、检查不全面等[14]。数字化超声系统在构建时收集大量病例资料，训练网络稳定，因此具备较好的预测性[15]；同时该系统以专家权威指导下选择的早期PLC诊断要素为基础，初步确定各诊断要素的诊断权重，并且可以通过最新最权威的医学知识随时进行修改，与疾病原形具有高度相似性和高匹配度，弥补了医生从医经验不足或者检查不全面等短板，从而降低了误诊率和漏诊率。即使数字化系统相较常规超声诊断漏诊率、误诊率降低，但仍有误诊、漏诊病例出现，原因可能在于训练样本中的个体化差异和类似疾病之间仍存在细微差别。

综上所述，数字化超声诊断系统无论是灵敏度、特异度还是准确度均优于常规超声诊断系统，在早期PLC的诊断中具有重要的应用价值。本研究不足之处在于：数字化超声诊断系统仍会出现误诊和漏诊现象，因此，如何进一步提高数字化超声系统的准确度仍然是后期需要攻克的难题。

参考文献:

[1]李玉.早期原发性肝癌患者治疗决策辅助方案的构建与应用研究[D].中国人民解放军海军军医大学;第二军医大学,2017.

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[15]聂雄,陈华,伍思霖,等.基于灰度共生矩阵和BP神经网络的乳腺肿瘤识别[J].电子技术应用,2019,45(7):97-101,116.

文章来源:梁豪,宋平.早期原发性肝癌诊断中数字化超声诊断系统的应用[J].罕少疾病杂志,2024,31(04):60-61+64.