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超声影像组学对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节良恶性的鉴别价值

米拉·也尔兰 张海见 胡峙珩 冷晓玲

米拉·也尔兰, 张海见, 胡峙珩, 冷晓玲. 超声影像组学对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节良恶性的鉴别价值[J]. 分子影像学杂志, 2023, 46(1): 12-20. doi: 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.01.03
引用本文: 米拉·也尔兰, 张海见, 胡峙珩, 冷晓玲. 超声影像组学对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节良恶性的鉴别价值[J]. 分子影像学杂志, 2023, 46(1): 12-20. doi: 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.01.03
MILA·Yeerlan, ZHANG Haijian, HU Zhiheng, LENG Xiaoling. Value of ultrasound-based radiomics in identifying benign and malignant BI-RADS category 4a irregular breast lesions and reducing unnecessary biopsies[J]. Journal of Molecular Imaging, 2023, 46(1): 12-20. doi: 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.01.03
Citation: MILA·Yeerlan, ZHANG Haijian, HU Zhiheng, LENG Xiaoling. Value of ultrasound-based radiomics in identifying benign and malignant BI-RADS category 4a irregular breast lesions and reducing unnecessary biopsies[J]. Journal of Molecular Imaging, 2023, 46(1): 12-20. doi: 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.01.03

超声影像组学对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节良恶性的鉴别价值

doi: 10.12122/j.issn.1674-4500.2023.01.03
基金项目: 

新疆自治区科技援疆项目 2020E0269

详细信息
    作者简介:

    米拉·也尔兰,硕士,住院医师,E-mail: 846829815@qq.com

    通讯作者:

    冷晓玲,博士后,教授,E-mail: 58281431@qq.com

Value of ultrasound-based radiomics in identifying benign and malignant BI-RADS category 4a irregular breast lesions and reducing unnecessary biopsies

  • 摘要:   目的  探讨超声影像组学对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节良恶性的鉴别价值,并结合影像组学、超声特征及临床独立危险因素特征建立列线图,评估其在减少不必要活检中的价值。  方法  回顾性收集常规超声检查筛选出的BI-RADS 4a类不规则乳腺结节905例,随机分为训练队列(n=634)和验证队列(n=271),比例为7∶3。共收集851个影像组学特征,以手术病理结果为金标准,通过Logistic回归模型构建影像组学模型,同时利用单因素逻辑分析及多因素逻辑分析结合影像组学特征、超声特征及临床独立危险因素建立影像组学模型,通过ROC曲线评估影像组学模型及列线图模型对超声BI-RADS 4a类形态不规则乳腺结节的诊断效能。  结果  905例不规则乳腺结节中,恶性结节485个,良性结节420个;患者年龄22~83(50.05±11.13)岁,训练队列及验证队列的年龄、Rad-score值、肿块直径等结果差异无统计学意义(P>0.05);训练队列影像组学模型AUC值为0.927(95% CI:0.900~0.950),验证队列影像组学模型AUC值为0.946(95% CI:0.908~0.976),该模型训练队列的敏感度、准确度、特异性、F1值、精确度分别为0.879、0.879、0.877、0.909、0.940,该模型验证队列的敏感度、准确度、特异性、F1值、精确度分别为0.890、0.896、0.909、0.921、0.956;校准曲线显示该模型训练队列和验证队列有较好的校准度;训练队列列线图模型AUC值为0.943(95% CI:0.912~0.960),验证队列列线图模型AUC值为0.968(95% CI:0.924~0.970)。  结论  超声影像组学及列线图模型在提高BI-RADS 4a类形态不规则乳腺结节良恶性的诊断效能有重要价值,对BI-RADS 4a类不规则乳腺结节有更好的预测效能,并且能够减少不必要的活检。

     

  • 图  1  恶性乳腺肿块超声图像感兴趣区域分割

    Figure  1.  Segmentation of regions of interest in ultrasound images of breast cancer.

    图  2  病理类型分布图

    Figure  2.  Distribution of pathological types.

    图  3  训练队列及验证队列影像组学模型的预测模型的ROC曲线

    Figure  3.  ROC curve of prediction model of imaging radiomics model in training cohort (A) and validation cohort (B).

    图  4  训练队列(A)及验证队列(B)影像组学预测模型的校准曲线

    注: Y轴代表乳腺癌实际情况, X轴代表影像组学模型对恶性乳腺结节风险预测, 对角线的灰色直线是参考线, 即预测值等于实际值, 如果观察值等于预测值则代表预测结果与实际结果一致, 如果预测值大于观察值, 即高估了风险; 如果预测值小于观察值, 即低估了风险; 从构建的两个模型的预测结果看, 两个模型均具有较好的预测能力.

    Figure  4.  Calibration curve of radiomics prediction model in training cohort (A) and validation cohort (B).

    图  5  基于影像组学的Rad-score的构建

    A: 19个系数非零的影像组学特征通过LASSO算法和10倍交叉验证进行参数调整得出系数收敛图, 横坐标为Log(λ), 纵坐标为各个特征在模型中的各自系数,并且全部这些特征具有的系数均不为0; B: 选择19个系数非零的影像组学特征, 通过LASSO回归算法中调整参数λ的选择. 绘制二项偏差与参数log(λ)之间的关系曲线,通过10倍交叉验证, 选择log(λ)=-4.996所对应的λ值,此时最终筛选的最优影像特征的数目将达到最为适宜的状态; C: 训练队列和验证队列不规则乳腺良恶性结节的Rad-score箱图(蓝色代表良性,黄色代表恶性); D~E: 训练队列和验证队列每个不规则乳腺结节的Rad-score分布(0代表良性, 1代表恶性).

    Figure  5.  Construction of Rad-score based on radiomics.

    图  6  列线图

    Figure  6.  Radiomics nomogram.

    图  7  训练队列及验证队列列线图模型预测模型的ROC曲线

    Figure  7.  ROC curve of nomograph model prediction model in training group and verification group.

    表  1  训练队列和验证队列临床资料

    Table  1.   Clinical data of training cohort and validation cohort

    临床资料 训练队列(n=634) 验证队列(n=271) P
    肿块最大直径(cm, Mean±SD 2.73±1.166 2.883±1.311 0.175
    年龄(岁, Mean±SD 51.884±10.905 50.237±11.283 0.117
    Rad-score(Mean±SD 0±2.302 -0.297±2.965 0.195
    病理类型(n
    0.201
        恶性 331 154
        良性 303 117
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    表  2  基于训练组单变量和多变量逻辑回归分析结果

    Table  2.   Results of univariate and multivariate logistic regression analysis based on training group

    变量 单变量逻辑分析 多变量逻辑分析
    OR(95% CI P OR(95% CI P
    肥胖 1.077(0.488, 3.503) 0.237 横线 横线
    口服避孕药 0.947(0.399, 3.180) 0.502 横线 横线
    乳腺癌家族史 1.231(0.441, 3.493) 0.009 横线 0.412
    吸烟史 1.641 (0.346, 7.491) 0.342 横线 横线
    饮酒史 3.291 (0.581, 16.772) 0.183 横线 横线
    病变位置 0.735 (0.415, 1.333) 0.284 横线 横线
    年龄 1.077 (1.062, 1.121) 0.013 1.071(0.958, 1.159) 0.002
    肿块直径 2.431(1.644, 3.527) 0.011 2.778(1.521, 5.517) 0.002
    初潮 < 13岁 0.255 (0.133, 0.476) 0.003 1.017 (0.139, 7.161) 0.461
    Rad-score 0.272(0.187,0.339) 0.011 0.211(0.114, 0.425) 0.001
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    表  3  19个系数非零的影像组学特征

    Table  3.   Radiomics characteristics of 19 non-zero coefficients

    类别 特征 系数
    直方图特征(n=1) original_firstorder_Minimum -0.205
    纹理特征(n=2) original_glrlm_LongRunHighGrayLevelEmphasis 0.157
    original_glrlm_ShortRunLowGrayLevelEmphasis -0.245
    小波特征(n=16) wavelet.LH_firstorder_Mean -1.665
    wavelet.HH_gldm_DependenceNonUniformityNormalized -0.954
    wavelet.HH_glszm_SizeZoneNonUniformityNormalized -0.742
    wavelet.LL_glcm_ClusterShade -0.201
    wavelet.LL_glrlm_ShortRunLowGrayLevelEmphasis -0.19
    wavelet.HH_firstorder_Skewness -0.01
    wavelet.HL_glszm_LargeAreaLowGrayLevelEmphasis 0.02
    wavelet.LH_glszm_SmallAreaLowGrayLevelEmphasis 0.062
    wavelet.LL_glszm_LargeAreaLowGrayLevelEmphasis 0.175
    wavelet.LH_gldm_DependenceNonUniformityNormalized 0.249
    wavelet.LH_glszm_SizeZoneNonUniformity 0.268
    wavelet.HL_firstorder_Mean 0.279
    wavelet.HH_glcm_MCC 0.433
    wavelet.HL_firstorder_Median 0.436
    wavelet.HH_firstorder_Median 0.556
    wavelet.HH_glcm_Imc1 0.734
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    表  4  超声影像组学模型的诊断效能

    Table  4.   Diagnostic efficacy of ultrasound imaging radiomics model

    评价指标 AUC 准确度 敏感度 特异性 精确度 F1
    训练队列 0.927 0.879 0.879 0.877 0.94 0.909
    验证队列 0.946 0.896 0.89 0.909 0.956 0.921
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-08
  • 网络出版日期:  2023-01-18
  • 刊出日期:  2023-01-20

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    2023年12月27日