弹性医学成像处理技术在甲状腺结节诊断中的应用研究

弹性医学成像处理技术在甲状腺结节诊断中的应用研究

陶永鹏，周正文

（大连外国语大学 软件学院， 辽宁 大连 116044）

摘要：本文使用声触诊组织成像技术并结合平均光密度值，辅助评估甲状腺结节的良恶性。与传统的甲状腺影像报告和数据系统分级技术相比，本文方法在灵敏度、特异度、准确度和阴性预测值等方面均表现出较好的诊断效能，为甲状腺结节的诊断提供了新的思路和方法。

关键词：弹性医学成像；声触诊组织成像；TI-RADS分级；平均光密度

中图分类号：TP319.4

1.绪论

甲状腺癌是一种常见的内分泌系统恶性肿瘤，大多数情况下是通过常规超声体检偶然发现的。据国际卫生组织数据显示全球甲状腺癌的发病率逐年上升。我国甲状腺癌发病率上升趋势更明显，新发病例数占全球新发病例的15.6%，死亡数占13.8%[1]。可以通过早期发现并及时治疗来改善甲状腺癌患者的预后，对甲状腺结节进行早期良恶性鉴别显得尤为重要。

随着超声弹性技术的不断进步，声触诊组织成像(Virtual Touch Imaging，VTI)也已广泛应用于评估甲状腺结节的性质。通过分析图像的灰度，VTI技术可以辅助确定组织的硬度，即图像越黑表示组织越硬。本文研究采用Image J软件对VTI图像的平均光密度(Mean Optical Density，MOD)值进行了计算，旨在初步探讨MOD在区分甲状腺结节良恶性方面的潜在应用价值。

2.研究资料与方法

2.1研究对象

研究对象选自于甲状腺结节超声图像数据集TN-SCUI 2020肺结节数据库LIDI-IDRI，包含接受手术治疗的甲状腺结节患者共153例，179个结节，其中女118例，男性35例，病灶直径4.0-42 mm，平均17.5±9.6mm。

2.2预处理方法

在进行图像选择时，重点关注了病灶的大小、位置、边界以及形态等特征，并详细记录了观察结果。按照甲状腺影像报告和数据系统诊断标准，将数据集中图像病灶分为1-5级，1-3级为良性可能，4-5级则为恶性可能[2][3]。

将选取的VTI图像使用Image J软件进行处理。简化计算过程，对图像进行了灰阶反转，使得越白的灰色代表组织越硬。随后，在选定的图像中标出了肿块，并提取了MOD值。以病理学作为金标准，获取MOD值诊断肿块良性或恶性的界值，小于诊断界值考虑良性可能，大于等于诊断界值考虑恶性可能。联合诊断:当TI-RADS分级和MOD两项均考虑恶性时定义为恶性诊断，其中一项考虑良性或两者均考虑良性时定义为良性诊断。

2.3统计学分析

使用SPSS 对数据进行分析[4]，评估TI-RADS分级和VTI图像MOD值单独及联合使用的诊断效能，包括敏感度、阴性预测值、阳性预测值以及特异度等指标，以全面分析VTI技术在鉴别甲状腺结节良恶性方面的表现。当P值小于0.05时，认为其差异具有统计学意义。

3.研究结果

3.1结节病理诊断结果

179例甲状腺结节病灶中，标识为实良性结节108个，包括滤泡性腺瘤21个、结节性甲状腺肿72个、甲状腺炎15个；恶性结节71个，包括甲状腺乳头状癌29个，甲状腺乳头状微小癌42个。

3.2 诊断效能

以病理诊断结果为参照标准，VTI图像MOD法诊断甲状腺结节的灵敏度、特异度和准确度分别为90.14%、93.52%和92.18%[5]。相比之下，TI-RADS分级法在诊断的灵敏度、特异度和准确度分别为71.83%、87.04%和81.01%。对比两种方法的诊断效能，VTI图像MOD法在灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值和阴性预测值等方面均表现出优于TI-RADS分级法的表现。

3.3 ROC曲线

以病理为金标准，绘制图像MOD值用于诊断甲状腺结节的ROC曲线，获取截点值为197.52，AUC为0.923，95%CI为0.895-0.951；TI-RADS分级诊断的AUC为0.869，95%CI为0.832-0.906；总体比较，VTI图像MOD值诊断效能高于TI-RADS分级，并且P<0.05，说明差异具有统计学意义。

4.原因分析

4.1超声诊断

甲状腺癌的各种分类中滤泡状癌和乳头状癌占据了大多数[6]，这些类型的甲状腺癌死亡率相对较低。但是相关研究证实对于远处转移或未分化的患者，其死亡率通常较高。超声检查已成为鉴别诊断甲状腺结节性质不可缺少的手段。

目前，超声诊断甲状腺结节主要依赖于常规灰阶和彩色多普勒超声技术，通过观察结节的数目、分布、大小、边界以及内部回声特征，并结合结节内部及周边血流情况来综合判断其性质[7]。而在2011年，Kwak等人提出了一种新的TI-RADS系统，该系统对甲状腺超声征象的描述进行了详细规定，并进行了分级。规范了超声报告，减少了诊断上的主观性，还为临床医师提供了科学的依据，有助于他们进行后续治疗决策。但是由于病理成分复杂，在实际应用中TI-RADS 3-4级结节病变特征存在部分重叠，导致TI-RADS的诊断准确度和特异度相对较低，本文研究结果与其基本一致(准确度81.01%，特异度87.04%)。

4.2技术应用与局限性

弹性成像技术是由Ophir等于1991年首次提出，其根据不同组织弹性的变化系数来判断被测物体的硬度[8]，从而预测病理状态。近年来，ARFI技术得到了快速发展。VTI技术通过分析感兴趣区域的灰度和颜色比例来评估组织硬度，从而在一定程度上反映了组织的病理状况。当病灶内部硬度不均匀，或结节面积较小时，很难通过肉眼判断。因此量化图像中的灰黑白色阶，有一定的临床应用价值。

研究运用医学图像处理技术，获得图像的MOD值，通过ROC曲线获得良恶性的截点值为197.52，可以更加清晰地显示甲状腺病灶的边界。相对于弹性分级方法可以减少一些不可避免的误差，并且可以获得计量资料。本文研究发现，采用医学图像处理技术获取的诊断界限，在灵敏度、准确度以及阳性预测值和阴性预测值等多个指标上均显著超越TI-RADS分级法[9]。

然而，一些结节在病理结构上呈现出一定的交叉性特征。具体来说，良性结节有时可能出现局部组织的恶化现象，尽管恶变部分的比例相对较低，尚未引发结节整体的硬度增加，但这种变化可能导致图像中出现类似黑域的表现。因此，计算MOD值的过程中，会出现假阳性和假阴性的情况。本文研究中，2例腺病MOD>197.52，1例假阴性病例滤泡状腺瘤MOD<197.52，主要原因分析如下，良性病变与不典型增生或病灶内出现纤维化、钙化等同时存在时，会导致结节硬度增加，进而导致MOD值偏高；而恶性病变的病理组织成分不同或伴有大面积囊性变化时，可能导致组织硬度降低，进而导致MOD值偏低。

4.3应用与争议

尽管TI-RADS诊断标准已经对常规超声进行了规范，但目前该分级法仍存在诸多争议。特别是在3-4级结节病变的特征上，有时会出现重叠现象，这增加了误诊和漏诊的可能性。

研究中发现，有7例结节被评为TI-RADS 3级或以上，但其VTI图像MOD值小于197.52，结果病理显示为良性；另外13例被评为TI-RADS 1-3级，但其VTI图像MOD值却大于197.52，结果病理显示为恶性。从表1中可以看出，VTI图像MOD值法明显提高了甲状腺结节诊断的灵敏度、特异度、准确度和阴性预测值，其AUC也明显高于TI-RADS分级法。在实际工作中，两种方法各有其优点，作用相似，因此当面对具体的病变时，可以将它们结合起来使用，以降低误诊和漏诊的风险。此外，这种结合使用还可以避免对一些肿块进行不必要的穿刺活检。

5.总结与展望

受限于病例图像数量，导致标本的病理类型不够全面，且未对大小结节进行具体分组比较。目前尚需更多研究来验证该技术在甲状腺结节良性鉴别诊断中的应用效果。总而言之，医学图像处理技术对于VTI鉴别诊断甲状腺结节的良、恶性具有帮助，为传统诊断方式提供了新思路，值得在超声诊断中广泛推广和应用。

参考文献

[1]李瑞粦.BRAFV600E突变型甲状腺乳头状癌临床病理特征对预测侧颈淋巴结转移的价值研究[D].福建医科大学,2018.

[2]叶磊,邓克学,隋秀芳等.医学图像处理技术在乳腺弹性成像技术中的应用价值[J].安徽医科大学学报,2017,52(09):1352-1355.

[3]赵红梅,袁文佳,郭晓霞.常规超声结合弹性成像在亚临床病灶中乳腺导管原位癌的诊断价值[J].医药论坛杂志,2016,37(08):162-163.

[4]李延芳,徐辉雄,张一峰等.声触诊组织量化成像(VTIQ)技术对不同大小甲状腺实性结节良恶性鉴别的诊断价值[J].影像诊断与介入放射学,2014,23(06):511-515.

[5]李萍,陈苏宁,宋烨等.实时超声弹性成像在鉴别乳腺肿块中的诊断价值[J].同济大学学报(医学版),2010,31(02):94-96+100.

[6]陈煌.针刺结合督脉灸治疗阳虚寒凝型膝骨性关节炎的临床疗效观察[D].福建中医药大学,2021.

[7]杨玉萍,徐晓红,梁婷.甲状腺影像报告及数据系统与声触诊组织成像技术诊断甲状腺结节价值的比较[J].广东医学,2014,35(17):2699-2701.

[8]王鑫,宋清斌,徐冬冬等.术后首次放射性碘治疗时机的选择对分化型甲状腺癌早期疗效的影响[J].中国医科大学学报,2019,48(04):359-362+369.

[9]李兵,冀建峰,吴志华等.彩色多普勒超声联合血清CEA、CA125、TK1、TFF1对乳腺癌的诊断价值研究[J].现代生物医学进展,2023,23(16):3072-3076.

基金项目：辽宁省教育厅科学研究经费项目（面上项目）（LJKZ1033）