超聲定量分析方法評(píng)價(jià)肝纖維化的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究.pdf

1、肝纖維化是機(jī)體對(duì)各種病因所致慢性肝損傷的一種修復(fù)性反應(yīng)。長期的慢性肝實(shí)質(zhì)的炎癥壞死會(huì)引起超過肝臟降解能力的纖維結(jié)締組織過度增生與沉積，導(dǎo)致不同程度的肝纖維化病變，最終破壞正常肝小葉的結(jié)構(gòu)并重建小葉形成肝硬化。引起肝纖維化的病因很多，在我國，病毒性肝炎是其主要病因。臨床上肝纖維化和肝硬化癥狀隱匿，是同一疾病連續(xù)發(fā)展過程中的不同階段，二者不易截然分開。目前大量的研究顯示，經(jīng)過有效的治療肝纖維化是完全可以逆轉(zhuǎn)的，但若病因持續(xù)存在，最終將會(huì)發(fā)展

2、成為不可逆的肝硬化。因此，準(zhǔn)確判斷肝纖維化與肝硬化的病變程度，對(duì)臨床治療的選擇、評(píng)估和隨訪，患者的預(yù)后和疾病的轉(zhuǎn)歸都有極其重要的意義。目前診斷肝纖維化嚴(yán)重程度的金標(biāo)準(zhǔn)是肝臟穿刺組織活檢的病理學(xué)檢查，但卻存在諸多缺陷。臨床迫切需要一種能夠定量評(píng)價(jià)肝纖維化、準(zhǔn)確性較高的無創(chuàng)性診斷方法。超聲檢查因?yàn)榘踩o輻射、無臨床禁忌等諸多優(yōu)點(diǎn)，為肝纖維化的無創(chuàng)診斷研究提供了契機(jī)。計(jì)算機(jī)輔助的紋理分析方法是一門新興的交叉學(xué)科，它正在向包括超聲醫(yī)學(xué)在內(nèi)的各

3、個(gè)領(lǐng)域滲透，為肝纖維化的定量分析提供了一種新的有效手段。本研究將就這一課題展開工作，并在此基礎(chǔ)上就如何提高超聲定量診斷肝纖維化的正確率做了進(jìn)一步的探討。
　　第二部分：超聲定量分析方法評(píng)估肝纖維化嚴(yán)重程度的實(shí)驗(yàn)性研究
　　第一章：肝纖維化動(dòng)物模型的選擇和制作
　　目的：獲得與人類病毒性肝炎肝纖維化相似的動(dòng)物模型。
　　材料和方法：90只健康雄性SPF級(jí)的Sprague-Dawley(SD)大鼠，體質(zhì)量180～22

4、0g，隨機(jī)分成9組，每組均為10只。每組內(nèi)隨機(jī)抽9只按0.25g·kg-1·3d-1的劑量腹腔注射10％的TAA水溶液，1只作為對(duì)照亦按相同劑量腹腔注射生理鹽水。從第4周開始，每周相同時(shí)間麻醉處死1組，解剖觀察肝臟并行肝臟的組織病理及超聲檢查。
　　結(jié)果：90只大鼠于造模結(jié)束時(shí)死亡2只(均為TAA誘導(dǎo)組)，共存活88只。對(duì)照組中9只大鼠肝臟病理檢查均無炎癥壞死和肝纖維化形成。TAA誘導(dǎo)組于第4周開始出現(xiàn)肝纖維化，于第8周即出現(xiàn)早期

5、肝硬化。此次實(shí)驗(yàn)共獲得87只G0、1只G1、1只G2和1只G3；12只S0、19只S1、20只S2、22只S3和17只S4，TAA誘導(dǎo)的大鼠肝纖維化(S1～3)的形成率為75.3％(61/81)，早期肝硬化(S4)的形成率為21.0％(17/81)。死亡大鼠的肝臟病理診斷分別為G2S3和G33S4。
　　結(jié)論：采用TAA腹腔注射的方法能夠比較成功地獲得SD大鼠的肝纖維化模型。
　　第二章：探討適用于SD大鼠肝纖維化聲像圖紋理

6、GLCM分析的構(gòu)造因子
　　目的：獲得適用于SD大鼠肝纖維化聲像圖紋理GLCM分析的構(gòu)造因子。
　　材料和方法：基于GLCM主要特點(diǎn)，從超聲成像的特殊性出發(fā)，對(duì)不同角度、間距和灰度情況下提取到的90幅5類(肝纖維化S0～S4期)大鼠肝臟聲像圖紋理的14個(gè)GLCM紋理參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析和單因素方差分析，采用逐步法的判別分析模型驗(yàn)證獲得的不同GLCM對(duì)大鼠肝纖維化聲像圖的分類效果。
　　結(jié)果：通過比較不同角度上參數(shù)Cor，發(fā)

7、現(xiàn)Cor值在角度為0°時(shí)最大，除角度為45°與135°外，其余角度的Cor值之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，聲像圖紋理表現(xiàn)出水平特征。當(dāng)角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為1個(gè)像素時(shí)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的各紋理參數(shù)的F值(P<0.05)累計(jì)總和達(dá)到最大，此時(shí)5類聲像圖在紋理特征空間中總體上具有較好的離散性。判別分析顯示在角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為1個(gè)像素時(shí)獲得的GLCM參數(shù)對(duì)大鼠肝纖維化聲像圖分類的總體正確率最高，達(dá)到了70.

8、0％。
　　結(jié)論：為了獲得理想的大鼠肝纖維化聲像圖紋理的分類效果，最好在角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為1個(gè)像素的情況下構(gòu)建GLCM。
　　第三章：探討不同超聲成像方法對(duì)SD大鼠肝纖維化聲像圖紋理分析的影響
　　目的：就不同超聲成像方法對(duì)大鼠肝纖維化聲像圖紋理分析的影響做一比較，以獲得更加有利于進(jìn)一步研究的聲像圖。
　　材料和方法：對(duì)上述90只有病理肝纖維化分期結(jié)果的SD大鼠的離體肝臟分別在ToshibaSSA

9、550和Philips.ATL-HDI5000超聲儀的高頻探頭下，采集成像清晰的標(biāo)準(zhǔn)化聲像圖，提取聲像圖紋理的GLCM參數(shù)，利用判別分析方法分別建立診斷模型Ⅰ和Ⅱ。采用配對(duì)四格表的Fisher精確檢驗(yàn)比較不同成像方法下獲得的兩種診斷模型的結(jié)果。
　　結(jié)果：模型Ⅰ診斷S0、S1、S2、S3和S4的正確率依次為75.0％、52.6％、25.0％、27.2％和64.7％，總體正確率為45.69％。模型Ⅱ診斷S0、S1、S2、S3和S4的

10、正確率依次為83.3％、84.2％、50.0％、54.5％和88.2％，總體正確率為70.0％。模型Ⅰ和模型Ⅱ正確診斷S0、S1、S2、S3、S4以及S0～4的配對(duì)四格表Fisher精確檢驗(yàn)的確切概率分別為P=0.545、P=0.458、P=0.016、P=0.043、P=0.596以及P=0.097，兩種模型診斷S0、S1、S4以及S0～4的正確率沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差異(P>0.05)；模型Ⅱ診斷S2和S3期的正確率高于模型Ⅰ的且差異

11、有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
　　結(jié)論：采用SonoCT和Xres成像技術(shù)采集聲像圖能夠幫助提高紋理分析和分類的效果。
　　第四章：主成分分析提取SD大鼠肝纖維化聲像圖的紋理特征的價(jià)值分析
　　目的：探討PCA的方法提取SD大鼠肝纖維化聲像圖紋理特征的價(jià)值。
　　材料和方法：采用主成份分析的方法對(duì)5類90幅大鼠肝纖維化聲像圖紋理的14個(gè)GLCM參數(shù)進(jìn)行分析，從中提取主要成分。利用原始14個(gè)參數(shù)和提取到的主要成分

12、分別建立判別分析模型并對(duì)大鼠肝纖維化聲像圖進(jìn)行分類。
　　結(jié)果：通過PCA方法獲得的4個(gè)主要成分(特征根>0.5)對(duì)聲像圖紋理解釋的累計(jì)貢獻(xiàn)率為92.84％。交互檢驗(yàn)表明建立在4個(gè)主要成分和14個(gè)原始參數(shù)基礎(chǔ)上的判別分析模型分別能夠?qū)?7.8％和70.0％的大鼠準(zhǔn)確分類。
　　結(jié)論：采用PCA方法提取的肝纖維化聲像圖紋理特征的主要成分既減少了數(shù)據(jù)量又獲得了比較高的分類精度。
　　第五章：超聲定量法診斷SD大鼠肝纖維化的

13、價(jià)值研究
　　目的：探討超聲定量診斷大鼠肝纖維化的價(jià)值。
　　材料和方法：采集正常或肝纖維化共90只大鼠的標(biāo)準(zhǔn)化聲像圖，觀測(cè)肝包膜的厚度并提取聲像圖紋理的14個(gè)GLCM參數(shù)，與肝纖維化S0～S4的病理分期診斷進(jìn)行比較，對(duì)15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行逐步法判別分析建立診斷大鼠肝纖維化嚴(yán)重程度的超聲定量模型，采用交互檢驗(yàn)評(píng)價(jià)模型的效率。
　　結(jié)果：15個(gè)定量指標(biāo)與肝纖維化病理分期均具有相關(guān)性(P值均<0.05)，且所有指標(biāo)在病理肝纖維化

14、分期間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。交互檢驗(yàn)表明建立于超聲定量指標(biāo)基礎(chǔ)上的判別分析模型對(duì)大鼠肝纖維化S0、S1、S2、S3和S4分期的準(zhǔn)確率分別為83.3％、84.2％、70.0％、50.0％和88.2％，其中73.3％的大鼠能夠被準(zhǔn)確分期；對(duì)無纖維化組(S0)、輕度纖維化組(S1)、中重度纖維化組(S2及S3)和早期肝硬化組(S4)進(jìn)行分組的準(zhǔn)確率分別為91.7％、84.2％、69.0％和88.2％，其中78.9％的大鼠

15、能夠被準(zhǔn)確分組。
　　結(jié)論：超聲檢查結(jié)合聲像圖的紋理分析對(duì)定量診斷大鼠肝纖維化具有較高的準(zhǔn)確性，值得進(jìn)一步研究。
　　第三部分：超聲定量分析方法診斷慢性乙型肝炎肝纖維化嚴(yán)重程度的臨床價(jià)值研究
　　第一章：探討適合于人類肝纖維化聲像圖紋理灰度共生矩陣分析的構(gòu)造因子
　　目的：獲得適和于肝臟聲像圖紋理灰度共生矩陣分析的構(gòu)造因子。
　　材料和方法：基于灰度共生矩陣主要特點(diǎn)，從超聲成像的特殊性出發(fā)，對(duì)不同角度、間距

16、和灰度情況下提取到的186幅5類人類肝臟聲像圖紋理的14個(gè)GLCM紋理參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)分析。采用逐步法的判別分析模型驗(yàn)證獲得的不同GLCM對(duì)人類肝纖維化聲像圖的分類效果。
　　結(jié)果：通過比較不同角度上參數(shù)Cor，發(fā)現(xiàn)Cor值在角度為0°時(shí)最大，除角度為45°與135°外，其余角度的Cor值之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，聲像圖紋理表現(xiàn)出水平特征。當(dāng)角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為2個(gè)像素時(shí)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的各

17、紋理參數(shù)的F值(P<0.05)累計(jì)總和達(dá)到最大，此時(shí)5類聲像圖在紋理特征空間中總體上具有較好的離散性。判別分析顯示當(dāng)角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為2個(gè)像素時(shí)，獲得的GLCM參數(shù)對(duì)人類肝纖維化聲像圖分類的總體正確率最高，可以達(dá)到68.8％。
　　結(jié)論：為了獲得理想的人類肝纖維化聲像圖紋理分類效果，應(yīng)該采取角度為0°，灰度為256級(jí)和間距為2個(gè)像素來構(gòu)建GLCM。
　　第二章：探討聲像圖紋理特征參數(shù)與乙型肝炎炎癥和纖維化程度

18、的關(guān)系
　　目的：探討超聲紋理特征參數(shù)與乙型肝炎炎癥和纖維化程度的關(guān)系。
　　材料和方法：采集186例有肝穿刺病理結(jié)果的乙型肝炎患者的標(biāo)準(zhǔn)化聲像圖，提取聲像圖紋理的14個(gè)GLCM參數(shù)，分別與患者的肝臟病理炎癥壞死(G0～G4)分級(jí)和纖維化(S0～S4)分期進(jìn)行比較。
　　結(jié)果：GLCM的10個(gè)參數(shù)與纖維化(S0～S4)分期具有相關(guān)性且在分期間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。14個(gè)參數(shù)與炎癥壞死(G0～G4)分

19、級(jí)均無相關(guān)性且在分級(jí)間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異(P值均>0.05)。肝臟炎癥與纖維化的交互作用對(duì)參數(shù)的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
　　結(jié)論：在目前的成像條件下，超聲紋理特征參數(shù)定量評(píng)價(jià)肝纖維化具有可行性，但尚不能用于評(píng)價(jià)肝臟的炎癥程度。
　　第三章：超聲定量分析方法診斷乙型肝炎肝纖維化和早期肝硬化的價(jià)值探討
　　目的：探討超聲定量診斷慢性乙型肝炎肝纖維化的臨床價(jià)值。
　　材料和方法：采集186例有肝組織穿刺病理

20、結(jié)果的CHB患者的標(biāo)準(zhǔn)聲像圖，觀測(cè)肝包膜厚度并提取聲像圖紋理的14個(gè)GLCM參數(shù)，與肝纖維化病理診斷(S0～S4)進(jìn)行比較。各定量指標(biāo)在纖維化病理分期間的差異及與之相關(guān)性分別采用方差分析和相關(guān)分析，由定量指標(biāo)建立對(duì)纖維化分期和分組的判別分析模型。結(jié)果：15個(gè)指標(biāo)中僅參數(shù)Var(F=0.55，γ=0.06，P>0.05)、SA(F=0.61，γ=0.05，P>0.05)、SE(F=1.68，γ=0.09，P>0.05)及Ent(F=1.3

21、9，γ=0.12，P>0.05)在病理肝纖維化分期間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義且與之不具有相關(guān)性。交互檢驗(yàn)表明，建立的判別分析模型對(duì)肝纖維化按S0到S4分期正確率分別為80.0％、64.9％、61.3％、74.1％、80.6％，73.1％的病例能被準(zhǔn)確分期，診斷不同程度纖維化的敏感度、特異度、準(zhǔn)確性分別為≥S1:97.6％、80％、91.9％，≥S2:92.1％、89.7％、90.9％，≥S3:94.8％、96.1％、95.7％，=S4:8

22、0.6％、97.4％、94.6％：按S0無肝纖維化，S1輕度肝纖維化，S2和S3中重度肝纖維化，S4早期肝硬化分組正確率分別為81.7％、78.4％、56.9％、90.3％，其中74.7％的病例能被準(zhǔn)確分組，診斷不同程度肝纖維化的敏感度、特異度、準(zhǔn)確性分別為≥輕度纖維化：97.6％、81.7％、92.5％，≥中重度纖維化：83.1％、94.涂％、89.2％，早期肝硬化：90.3％、93.5％、93.0％。
　　結(jié)論：無創(chuàng)的超聲檢查

23、結(jié)合聲像圖紋理分析對(duì)定量診斷CHB肝纖維化具有較高的價(jià)值。
　　第四章：聲像圖紋理分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在肝纖維化分期診斷中的初步應(yīng)用
　　目的：探討聲像圖紋理分析和多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在超聲對(duì)肝纖維化分期診斷中的可行性。
　　材料和方法：采集186例有肝組織穿刺病理肝纖維化分期(S0～S4)結(jié)果的CHB患者的標(biāo)準(zhǔn)聲像圖，提取聲像圖紋理的GLCM參數(shù)。隨機(jī)將145例患者的聲像圖紋理參數(shù)作為輸入層神經(jīng)元，病理分期作為輸出層神經(jīng)元

24、，初步建立超聲對(duì)肝纖維化分期的多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其余41例用于驗(yàn)證該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。同時(shí)，利用186例患者的聲像圖紋理參數(shù)建立判別分析模型并采用“留-法”檢驗(yàn)該模型。比較兩種診斷模型的效率。
　　結(jié)果：判別分析模型和多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)S0、S1、S2、S3和S4分期診斷的正確率分別為70.0％和100.0％、62.2％和85.7％、51.6％和57.1％、77.8％和66.7％、77.4％和100.0％，對(duì)肝纖維化(S1～S