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基于对比增强乳腺X线摄影的乳腺肿块人机混合分类模型构建与应用研究

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基于对比增强乳腺X线摄影的乳腺肿块人机混合分类模型构建与应用...

作者：郑博文南方医科大学

学位级别：硕士

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤和主要的肿瘤死亡原因之一,其发病率和死亡率都呈逐年上升的态势。影像学检查新技术如对比增强乳腺X线摄影(contrast-enhanced mammography,CEM)以及人工智能技术(artificial intelligence,AI)在医学影像... 详细信息

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤和主要的肿瘤死亡原因之一,其发病率和死亡率都呈逐年上升的态势。影像学检查新技术如对比增强乳腺X线摄影(contrast-enhanced mammography,CEM)以及人工智能技术(artificial intelligence,AI)在医学影像学的逐步应用,对乳腺癌的精确诊断起着重要作用。CEM在注射碘对比剂后获得一张减影图像和一张低能图像,能同时反映病灶的形态特征和血供情况。CEM包含了丰富的图像特征,而人工智能可以通过复杂算法挖掘医学图像中蕴含的生物学本质。本研究基于CEM及人机混合模型,结合人工智能和人类临床经验的优势,探索CEM图像定性、定量的多层次特征与乳腺肿块良恶性的关系,并构建CEM乳腺肿块人机混合智能模型,最后基于多阅片者多病例方法,评估该模型对影像科医生的辅助诊断效能。本研究主要分为以下两个部分。一、基于对比增强乳腺X线摄影的乳腺肿块人机混合模型构建目的:基于CEM图像的BI-RADS特征、低能图影像组学特征、减影图影像组学特征构建人机混合模型以鉴别乳腺肿块良恶性,并通过可解释性模块探索特征对于模型分类的影响。材料与方法:回顾性收集南方医院2018年1月至2020年1月临床或影像学检查发现的可疑乳腺肿块并在本院行CEM检查的患者160例,由高年资医生提取BI-RADS特征并勾画减影图中乳腺肿块的感兴趣区域(region of interest,ROI)。基于肿块ROI,分别提取低能图和剪影图中肿块的影像组学特征。经特征预处理后,基于肿块的BI-RADS特征、低能图影像组学特征和减影图影像组学特征,以肿块病理良恶性为金标准,分别构建以逻辑回归、K-近邻、决策树、随机森林、支持向量机、xGBoost为分类器的基模型,经调参后取最优基模型构建人机混合模型。此外,将所有特征混合使用构建机器学习模型与人机混合模型进行性能比较。最后使用可解释性模块(SHapley Additive exPlanations,SHAP)分析特征对于模型预测的影响。结果:基于BI-RADS特征、低能图影像组学、减影图影像组学特征构建的最优基模型的曲线下面积(area under curve,AUC)分别为0.886、0.826、0.763。基于三个最优基模型构建的人机混合智能模型效果优于单一模型以及基于其他组合构建的融合模型,取得0.931的AUC值和0.971的敏感性。将不同特征分别建模的人机混合模型性能也优于混合所有特征构建的机器学习模型(AUC=0.905)。SHAP可解释模块表明BI-RADS特征中低能图病灶边缘毛刺、病灶内部不均质强化、明显强化、流出型动态增强模式对模型预测影响显著。低能图影像组学模型中,一阶统计学特征对模型预测贡献度最大。而减影图影像组学模型中,重要的特征均为纹理特征,但是特征的贡献度均偏低。结论:①基于三种最优基模型构建的人机混合模型性能优于单一模型及其他基模型组合,也优于混合所有特征构建的模型,提示将不同类型特征分别建模并融合,有利于提高特征利用率并进一步提升模型性能。②CEM减影图的强化特征在鉴别肿块良恶性中有重要作用,而减影图影像组学模型中,特征贡献度均偏低,考虑与减影过程中信息丢失有关。二、基于多阅片者多病例研究设计的乳腺肿块人机混合模型的辅助诊断价值研究。目的:基于多阅片者多病例(multi-reader multi-case)实验设计,使用Obuchowski-Rockette统计方法,探索人机混合模型对不同年资医生鉴别CEM图像中乳腺肿块良恶性的辅助价值。材料与方法:根据预实验结果,由4名医生阅读158例可以提供足够的评估能力,从而测算医生在不同阅片方式下的诊断效能。本部分由4名不同年资乳腺影像诊断医生(2名1-3年经验的低年资医生;2名5年以上经验的高年资医生)在独立阅片和模型辅助下分别对160例CEM肿块进行评估,判断乳腺肿块的BI-RADS分类。模型辅助下阅片时,除了个人经验,医生还可以在输入特征之后结合模型输出的肿块恶性概率以及贡献度最高的特征作为参考。以病理良恶性为金标准,使用AUC、敏感性和特异性评估每位医生的阅片效能,最后使用Obuchowski-Rockette统计方法比较不同年资医生在不同阅片方式下的诊断效能差异。结果:4名影像科医生独立阅片的平均AUC为0.892[0.854-0.926],平均敏感性和特异性分别为0.786[0.627-0.864]和0.875[0.762-0.952];模型辅助下的平均 AUC 为 0.933[0.911-0.960],敏感性和特异性分别为 0.879[0.839-0.932]和0.863[0.810-0.905]。基于 Obuchowski-Rockette 法计算两种阅片方式平均 AUC,其差异具有统计学意义(P=0.0205)。结论:①在模型辅助诊断下,不同年资的医生在判断病灶良恶性的AUC、敏

关键词：乳腺癌对比增强乳腺X线摄影人机混合模型多阅片者多病例实验辅助诊断

对比增强乳腺X线摄影在乳腺良恶性病变中的应用与病理对照研究

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对比增强乳腺X线摄影在乳腺良恶性病变中的应用与病理对照研究

作者：邱子维南方医科大学

学位级别：硕士

目的：以手术或组织活检的病理结果为参考,研究乳腺良恶性病变在对比增强乳腺X线摄影(CESM)中的强化特征,探讨不同的强化特征与病理结果之间的相关性,以提高乳腺癌的诊断准确率;同时比较常规超声(US)、常规乳腺x线摄影(MG)及对比增强乳... 详细信息

目的：以手术或组织活检的病理结果为参考,研究乳腺良恶性病变在对比增强乳腺X线摄影(CESM)中的强化特征,探讨不同的强化特征与病理结果之间的相关性,以提高乳腺癌的诊断准确率;同时比较常规超声(US)、常规乳腺x线摄影(MG)及对比增强乳腺X线摄影(CESM)对乳腺良恶性病变的诊断效能,进一步探讨CESM技术应用于乳腺癌的临床诊断价值。方法:1、对2018年5月至2020年4月间完成CESM检查并最终获得病理诊断的74例女性患者纳入研究。对照病理,分析乳腺良、恶性病变的强化特征:强化方式(Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型),强化程度(无强化,轻、中及重度强化),强化类型(均匀、不均匀强化,后者包括环形强化),使用χ2检验比较二者强化特征之间的差异,P线下面积(AUC)并成对对比,采用Z检验,P乳腺病变的诊断效能差异,P线下面积(AUC),比较总体组和不一致组的诊断效能,采用Z检验,P乳腺病灶,良、恶性病变分别为42个及40个。92.5%(37/40)的恶性病变及14.3%(6/42)的良性病变表现为中、重度强化;87.5%(35/40的恶性病变及16.7%(6/36)的良性病变表现为不均匀强化;90.0%(36/40)的恶性病变及27.8%(10/36)的良性病变表现为Ⅱ型和Ⅲ型强化。以上均使用χ2检验,P值均小于0.001,表明二者强化程度、类型、方式有统计学差异。其中强化程度诊断效能的AUC最高为0.921,强化方式和类型次之,三者之间无明显统计学意义。2、74例患者共检出82个乳腺病灶,良、恶性病变分别为42个及40个。US、MG与CESM诊断乳腺病变的敏感度、准确率分别为72.5%vs 77.50%vs100%、75.61%vs 79.26%vs 95.12%,采用McNemar检验,P对比增强乳腺X线摄影(CESM)上以中、重度强化,不均匀强化及Ⅲ型、Ⅱ型表现为强化特征的病灶,对乳腺癌有较大的诊断价值;2、CESM在鉴别诊断乳腺良恶性疾病优于US及MG,尤其是在诊断BI-RADS 3类及4A类病变中,而3类及4A类正是乳腺良恶性病变的分界。

关键词：对比增强乳腺X线摄影乳腺良恶性病变病理

对比增强乳腺X线摄影对于致密型乳腺乳腺癌的诊断价值

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中华放射学杂志 2019年第2期53卷 98-102页

作者：盛蕾锁彤张霞李宝江李道胜谢元忠山东省泰安市中心医院医学影像科 271000 泰山医学院医学影像系泰安271000 山东省泰安市中心医院乳腺外科 271000 山东省泰安市中心医院病理科 271000

目的探讨对比增强乳腺X线摄影(CESM)对致密型乳腺乳腺癌的诊断价值。方法回顾性分析山东省泰安市中心医院2017年4月至2018年4月,经手术病理确诊为乳腺癌,术前行超声(US)、数字乳腺x线摄影(DM)、CESM和动态对比增强MRI(DCE-MRI)检查,且... 详细信息

目的探讨对比增强乳腺X线摄影(CESM)对致密型乳腺乳腺癌的诊断价值。方法回顾性分析山东省泰安市中心医院2017年4月至2018年4月,经手术病理确诊为乳腺癌,术前行超声(US)、数字乳腺x线摄影(DM)、CESM和动态对比增强MRI(DCE-MRI)检查,且经DM评估为致密型乳腺或不均匀性致密型乳腺的52例女性患者资料。参照乳腺影像报告及数据系统(BI-RADS)标准对乳腺类型及肿块进行评估分类,以手术病理结果为参考,计算US、DM、DM+CESM和DCE-MRI诊断乳腺癌的敏感度和特异度,并采用χ^2检验比较DM+CESM及DCE-MRI组诊断乳腺的特异度及检出BI-RADS5类肿块的差异。结果乳腺癌病灶87个,良性肿块35个。US、DM、DM+CESM和DCE-MRI这4种方法诊断乳腺癌的敏感度分别为66.67%(58/87)、64.37%(56/87)、100.00%(87/87)和100.00%(87/87),特异度分别为94.28%(33/35)、74.28%(26/35)、85.71%(30/35)和51.43%(18/35)。DM+CESM及DCE-MRI间检出乳腺癌特异度的差异有统计学意义(χ^2=9.545,P=0.002)。DM+CESM及DCE-MRI对BI-RADS5类肿块的检出率分别为39.08%(34/87)和22.99%(20/87),差异有统计学意义(χ^2=5.263,P=0.022)。结论CESM对致密型乳腺乳腺癌的诊断具有较大价值。

关键词：乳腺肿瘤对比增强乳腺X线摄影致密型乳腺动态增强磁共振成像

对比增强乳腺X线摄影术前测量乳腺癌肿块大小能力研究

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肿瘤影像学 2021年第3期30卷 155-161页

作者：钱春红高毅王奇峰沈茜刚李瑞敏汤伟复旦大学附属肿瘤医院放射诊断科复旦大学上海医学院肿瘤学系上海200032 复旦大学附属肿瘤医院超声科复旦大学上海医学院肿瘤学系上海200032 复旦大学附属肿瘤医院病理科复旦大学上海医学院肿瘤学系上海200032 上海交通大学医学院附属苏州九龙医院放射科江苏苏州215028

目的:对比传统影像学检查方法与对比增强乳腺X线摄影(contrast-enhanced digital mammography,CEDM)术前测量乳腺癌肿块大小的能力。方法:回顾并研究经病理学检查证实为乳腺癌的105例患者的临床资料,所有患者均行全数字化乳腺x线摄影(fu... 详细信息

目的:对比传统影像学检查方法与对比增强乳腺X线摄影(contrast-enhanced digital mammography,CEDM)术前测量乳腺癌肿块大小的能力。方法:回顾并研究经病理学检查证实为乳腺癌的105例患者的临床资料,所有患者均行全数字化乳腺x线摄影(full-field digital mammography,FFDM)、超声、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)及CEDM检查。由3名经验丰富的放射科医师和1名超声科医师分别测量目标肿块最大径,利用方差分析比较上述检查方法与术后大体标本测量值之间的差异;利用Pearson相关系数分析上述方法所获结果与病理学测量值之间的一致性,同时采用配对t检验评价CEDM术前评估肿块大小的效能。结果:105例患者共发现118枚肿块,对照纳入、排除标准排除15枚肿块,最后纳入103枚可测量的肿块进行研究。CEDM、MRI所测肿瘤最大径与病理学大体标本测量结果相比,差异无统计学意义(P>0.05),而超声、FFDM与病理学大体标本测量值相比,差异有统计学意义(超声:t=3.68,P=0.000 9;FFDM:t=2.76,P=0.010 5)。CEDM、MRI测量值与病理学大体标本测量结果的相关性明显高于超声和FFDM,各诊断方式的测量结果分别为r=0.89(CEDM),r=0.86(MRI),r=0.68(FFDM),r=0.71(超声)。结论:CEDM对乳腺癌肿块大小评估效能明显优于超声和FFDM,与MRI相似;CEDM技术在乳腺癌术前分期中应用前景可期。

关键词：乳腺癌全数字化乳腺x线摄影磁共振成像对比增强乳腺X线摄影超声

对比增强乳腺X线摄影与数字乳腺x线摄影辐射剂量的比较

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中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2021年第12期 0339-0342页

作者：仇晶姜本涛李云山东省妇幼保健院超声科山东济南250000 济南市第三人民医院CT室山东济南250000 山东省肿瘤防治研究院·山东省肿瘤医院影像科·山东第一医科大学·山东省医学科学院山东济南250000

对不同乳腺模体在对比增强乳腺X线摄影(CESM)及数字乳腺x线摄影(FFDM)模式下获得的平均腺体剂量进行比较。材料与方法:对10-70mm厚度的PMMA模体、Fluke NA18-220乳腺模体及CIRS 011A乳腺模体,分别选用对比增强乳腺X线摄影(低能和高能)... 详细信息

对不同乳腺模体在对比增强乳腺X线摄影(CESM)及数字乳腺x线摄影(FFDM)模式下获得的平均腺体剂量进行比较。材料与方法:对10-70mm厚度的PMMA模体、Fluke NA18-220乳腺模体及CIRS 011A乳腺模体,分别选用对比增强乳腺X线摄影(低能和高能)及数字乳腺x线摄影的自动曝光模式(STD,DOSE,CNT),记录每次曝光的平均腺体剂量,并对获得的平均腺体剂量进行统计学分析。结果:对于任意厚度的PMMA乳腺模体,CESM模式的平均腺体剂量均为最高,FFDM-DOSE的平均腺体剂量均为最低。厚度为45mm的乳腺模体(50%脂肪50%腺体)在CESM、FFDM-DOSE、FFDM-STD及FFDM-CNT模式下获得的平均腺体剂量分别为2.0mGy,0.89mGy,1.11mGy及1.86mGy。结论:CESM通过高低能曝光,可提供更多诊断信息,低能图类似传统FFDM的二维图像,虽辐射剂量稍高于传统FFDM,但是仍符合乳腺x线摄影质量控制规范不超过3mGy的标准。

关键词：对比增强乳腺X线摄影数字乳腺x线摄影平均腺体剂量辐射剂量

对比增强乳腺X线摄影平均腺体剂量与乳腺病变的相关性

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分子影像学杂志 2021年第1期44卷 31-35页

作者：林淑仪熊小丽黄安红徐维敏文婵娟马乐蔡裕兴陈卫国南方医科大学南方医院放射科广东广州510515

目的探讨乳腺病变类型、病变良恶性及病变大小对对比增强乳腺X线摄影(CESM)低能图、高能图及减影后图像的乳腺平均腺体剂量(AGD)的影响。方法收集2018年2~10月于本院行CESM检查且经过组织学病理学证实的123例女性患者作为研究对象。根... 详细信息

目的探讨乳腺病变类型、病变良恶性及病变大小对对比增强乳腺X线摄影(CESM)低能图、高能图及减影后图像的乳腺平均腺体剂量(AGD)的影响。方法收集2018年2~10月于本院行CESM检查且经过组织学病理学证实的123例女性患者作为研究对象。根据病变良恶性、主要病变类型(非肿块型与肿块型)及肿块型病变大小进行分组,比较不同组患者的低能图AGD、高能图AGD及减影后图像的AGD(减影后图像的AGD为低能图加高能图像AGD的总和)。结果恶性病变65例,良性病变58例;肿块型病变86例,非肿块型病变37例。肿块≥2 cm 44例,乳腺患侧高能AGD均高于健侧,差异均具有统计学意义(P0.05)。肿块长径≥2 cm组高能、低能及减影后的AGD均高于肿块长径<2 cm组,差异有统计学意义(P<0.05);其中,恶性肿块长径≥2 cm组的高能图AGD较肿块长径<2 cm组高,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论恶性病变、≥2 cm肿块AGD高于良性病变及<2 cm肿块;无论病变良恶性,患侧高能AGD均高于健侧。

关键词：对比增强乳腺X线摄影良恶性肿块大小平均腺体剂量

乳腺x线摄影及其新技术结合人工智能在乳腺癌诊断中的应用

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临床医学进展 2024年第3期14卷 246-251页

作者：穆亚斯尔·艾尼陈跃刘宏伟新疆医科大学第五附属医院影像中心新疆乌鲁木齐

乳腺癌是占我国女性发病率和死亡率首位的恶性肿瘤。早期发现、早期治疗不仅可以降低乳腺癌患者的死亡率,还可以提高患者五年生存率及生活质量。乳腺钼靶x线检查(mammography, MG)是目前唯一被证明可以降低乳腺癌患者死亡率的检查方法... 详细信息

乳腺癌是占我国女性发病率和死亡率首位的恶性肿瘤。早期发现、早期治疗不仅可以降低乳腺癌患者的死亡率,还可以提高患者五年生存率及生活质量。乳腺钼靶x线检查(mammography, MG)是目前唯一被证明可以降低乳腺癌患者死亡率的检查方法。其衍生出的数字乳腺断层摄影(digital breast tomosynthesis, DBT)、对比增强乳腺X线摄影(contrast-enhanced mammography, CEM)和对比增强数字化乳腺断层摄影(contrast-enhanced digital breast tomosynthesis, CEDBT)等新检查技术分别展现了独特的优势。人工智能(artificial intelligence, AI)作为当今科技发展的核心技术之一,在乳腺影像领域也取得了长足的进展。本文就人工智能结合乳腺x线检查及其新技术在乳腺癌诊断中的发展和应用现状进行分析及综述。

关键词：乳腺钼靶x线检查人工智能数字乳腺断层摄影对比增强乳腺X线摄影对比增强数字化乳腺断层摄影

中国肿瘤整合诊治指南(CACA):x线检查(乳腺x线摄影新技术)解读

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肿瘤影像学 2024年第1期33卷 1-5页

作者：尤超顾雅佳上海市质子重离子医院放射诊断科复旦大学附属肿瘤医院放射诊断科上海201321 上海市放射肿瘤学重点实验室上海201321 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心上海201321

2023年中国抗癌协会肿瘤影像专业委员会组织专家编写了《中国肿瘤整合诊治指南(CACA)·x线检查》。CACA指南强调了乳腺x线检查是唯一被证明可早期检测乳腺癌、降低患者死亡率的影像学方法。而乳腺x线摄影新技术作为其衍生技术,在一定程... 详细信息

2023年中国抗癌协会肿瘤影像专业委员会组织专家编写了《中国肿瘤整合诊治指南(CACA)·x线检查》。CACA指南强调了乳腺x线检查是唯一被证明可早期检测乳腺癌、降低患者死亡率的影像学方法。而乳腺x线摄影新技术作为其衍生技术,在一定程度上弥补了传统乳腺x线摄影的不足,特别适用于以致密型乳腺为主的中国女性。本文针对该指南中乳腺x线摄影新技术核心内容进行介绍,为乳腺肿瘤诊断的临床工作提供行之有效的实践指导。

关键词：乳腺癌乳腺x线摄影数字乳腺断层摄影对比增强乳腺X线摄影指南