感兴趣区形状及大小对CT图像影像组学特征稳定性影响的研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiang5656
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背景:众所周知,各种组织器官在解剖形态上本身存在很大区别。当发生病变时,各种疾病的大小形态又存在巨大差异。除了不同种类病变的大小形态不同,同种病变的大小形态也存在着巨大差异。尤其是消化道肿瘤性病变,如果按照病变最大轮廓设定感兴趣区域(Region Of Interest,ROI),同种肿瘤的ROI的形状及大小也存在巨大差异。重复勾画同一病变时,ROI的形状及大小可能会由于体位或呼吸及生理运动而产生差异,且同一肿瘤不同层面的形状及大小也有较大差异。在影像组学特征提取的过程中,ROI的形状及大小会有较大差异,该差异是否会对提取到的影像组学特征产生影响?这值得我们深入研究。目的:基于密度均匀的模体CT图像和正常的腹部CT图像,探讨ROI的形状及大小对CT图像影像组学特征稳定性的影响。材料与方法:选用10次由同一螺旋CT相同扫描条件重复扫描的模体图像(四种模体分别为:标准水模、钠含量52%的酱油、乙酸≥3.5g/100ml的米醋和脂肪含量≥3%的全脂牛奶)和10例采用同一螺旋CT的相同扫描条件获得的正常腹部CT图像,分别在四种模体的横断层面及正常肝实质、肾实质、脾脏、膀胱导入用计算机编程软件Python重复勾画的70个不同形状及大小的二维ROI,并应用影像组学特征提取软件IBEX,从每个ROI中提取六大类共计489个影像组学特征;计算从每个模体及每个患者单次扫描的CT图像上70个ROI中提取出的每个特征值的变异系数的绝对值(the absolute value of Coefficient of Variation,|COV|)。分别将不同模体和每个患者的不同组织的单次扫描影像组学特征按|COV|进行稳定性排序(从小到大排序),并按顺序将每个特征依次赋予秩次,因此来源于模体图像和正常组织图像的每个特征得到10个秩次(模体的10次扫描,10个患者的不同组织图像);再计算每个特征的10个秩次的平均值(X)和标准差(SD)。以秩次的平均值(X)为横轴,标准差(SD)为纵轴绘制散点图,根据散点图中影像组学特征的分布情况,将特征稳定性分为三类:1、在X≤50,SD≤40范围内的影像组学特征为高度稳定;2、在50<X≤100,SD≤40范围内的影像组学特征为中度稳定;3、在100<X≤150,SD≤40范围内的影像组学特征为低度稳定。结果:基于模体和临床实验探究影像组学特征稳定性,结果显示同时出现在四种不同密度模体中的高、中、低度稳定的影像组学特征分别有28、50、30个,同时出现在四种正常组织中的高、中、低度稳定的影像组学特征分别有23、44、33个,两组实验中具有高、中及低度稳定的影像组学特征在数量上有轻微的差异,但不具有统计学意义(P>0.05),三种稳定特征总和均少于全部489个影像组学特征的1/3;同时出现在四种模体与四种正常组织中的高、中、低度稳定的特征分别有23、42、28个,且不同ROI的形状及大小对不同种类影像组学特征的影响程度也不同,六大类影像组学特征中邻域灰度差异特征受ROI形状及大小的影响最大。结论:ROI的形状及大小对影像组学特征稳定性具有较大影响,不同种类影像组学特征受ROI形状及大小的变化影响是不同的,但是这种影响是相对固定的。
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