胃粘膜下肿瘤超声内镜声像图的组织定征研究
作者：金震东 许国铭 李 平 邹多武 周康源△
单位：
关键词：胃肿瘤；纹理分析；超声内镜
第二军医大学学报980507 摘要 目的：研究胃粘膜下肿瘤超声内镜声像图的纹理特征，使诊断定量化。方法：采用纹理参数熵、方差及长程度对18例胃粘膜下平滑肌瘤和11例胃粘膜下平滑肌肉瘤的超声内镜声像图进行了检测和比较。结果：(1) 平滑肌瘤的熵值大于平滑肌肉瘤，平滑肌瘤的方差值和长程度值则小于平滑肌肉瘤，且差异显著；(2) 两病种间熵值、方差值和长程度值的变化与肿瘤的声像图特征相关联。结论：纹理分析有助于提高超声内镜对胃粘膜下肿瘤性质的判断准确性。
中国图书资料分类法分类号 R735.204
Tissue characterization of endoscopic ultrasonography in gastric submucosal tumor
, 百拇医药
Jin Zhendong, Xu Guoming, Li Ping, Zou Duowu, Zhou Kangyuan (Department of Gastroenterology, Changhai Hospital, Second Military Medical University, Shanghai, 200433)
Abstract Objective: To study the characteristic texture of endoscopic ultrasonography in gastric submucosal tumor. Methods: Three texture parameters including ENT, Var and LRE of endoscopic ultrasonography in 18 cases of gastric submucosal leiomyoma and 11 cases of gastric submucosal leiomyosarcoma were investigated. Results: We designed a software suitable for the texture analysis of endoscopic ultrasonography. The ENT of leiomyoma was higher than that of leiomyosarcoma, while the Var and LRE of leiomyoma were lower than those of leiomyosarcoma (P<0.05). There were great correlation between the changes of ENT, Var and LRE and the characteristic images of gastric submucosal tumor. Conclusion: Texture analysis of endoscopic ultrasonography has certain value in the differential diagnosis of benign gastric submucosal tumor from malignant.
, 百拇医药
Key words stomach neoplasms; texture analysis; endoscopic ultrasonography
胃粘膜下肿瘤中平滑肌瘤及平滑肌肉瘤较常见。80年代中期超声内镜(EUS)问世以来，使该病的诊断水平有了明显提高。EUS已被公认为是诊断消化道粘膜下肿瘤的最佳影像学检查方法[1]。由于EUS对病灶的诊断主要依据于二维超声图像，在很大程度上仍受操作者的主观因素影响，对病灶性质的判断缺乏定量指标[2]。为此，本研究采用超声图像纹理分析技术，对经EUS采集的胃粘膜下肿瘤声像图进行了纹理参数的比较研究。
1 材料和方法
1.1 临床资料 研究用声像图取自1992年10月至1996年4月间经EUS诊断、病理确诊的胃粘膜下肿瘤29例，其中胃粘膜下平滑肌瘤18例，胃粘膜下平滑肌肉瘤11例，男性20例，女性9例，平均年龄45.2岁。
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1.2 仪器 EUS仪采用Olympus EU-M3型，探头频率7.5，12 MHz可调，Sony录像机VHS录像带，用于记录并存储二维EUS图像。装有纹理分析软件的奔腾133计算机，该软件能对输入的EUS声像图中胃粘膜下肿瘤的感兴趣区(ROI)进行多种纹理参数的测试，并能自动计算出测试结果。
1.3 图像的选择 测试声像图全部采用7.5 MHz冻结图像，B超仪器时间增益补偿(TGC)固定在同一条件下取得。ROI均选择肿瘤的最大剖面，作3次不同面积ROI的参数测试，取其均值作为1个病例的数值。
1.4 参数的设计与计算 本研究选择适合于EUS声像图纹理分析的3种参数。(1)纹理参数熵(ENT)=-Σp(i)log2p(i)，其中p(i)为第i级灰度的概率。数值的计算采用共发矩阵法，该法的实质是通过条件概率使纹理模型化，同时考察具有一定位置关系像素的灰度相关性。纹理参数值经归一化处理。ENT值变化的4个方向为0°，45°，90°和135°。ENT对同一ROI反映了不同频率含量的平均谱的分布特性，其值越大表示图像纹理越细腻，反之，则表示图像纹理越粗糙。(2)长程度(LRE)=Σgi=1 Σrj=1jp(ij)/Σgi=1 Σkj=1p(jE)，其中g，r为图像大小，代表行程灰度或灰度范围序号，j代表行程长度或长度范围序号，p(ij)就是满足条件的行程段数目。LRE指扫描方向在一维扫描线上连续出现的具有同一灰度值或属于同一灰度范围的像素点数目。它可以对图像的粗细及疏密得出定量的分析。(3)方差(Var)=Σ(i-mGLD)2p(i)，mGLD为平均灰度差异。Var代表某一区域内像素点灰度分布分散程度的度量，表示纹理的粗糙程度，Var值较大表示纹理粗糙，反之表示细腻。
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1.5 统计学处理 采用t检验。
2 结 果
2.1 3种参数值比较 平滑肌瘤各方向上的ENT值均大于平滑肌肉瘤(P<0.01，表1)。平滑肌肉瘤组的LRE值和Var值均高于平滑肌瘤组，且差异非常显著(P<0.01，表2)。
表 1 胃粘膜下肿瘤的ENT值比较
Tab 1 Comparison of ENT in gastric submucosal tumor(
±s，S/J*K-1) Direction
Leiomyosarcoma (n=11)
Leiomyoma (n=18)
, 百拇医药
0°
45°
90°
135°
0.6990±0.1200**
0.6054±0.1031**
0.7341±0.1281**
0.7283±0.1280**
0.8154±0.0872
0.7165±0.090
, http://www.100md.com 0.8616±0.0964
0.8649±0.0957
**P<0.01 vs leiomyoma
表 2 胃粘膜下肿瘤的LRE和Var值比较
Tab 2 Comparison of LRE and Var in
gastric submucosal tumor (±s) Disease
n
LRE
Var
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Leiomyosarcoma
11
1.4610±0.2337**
200.63±9.03**
Leiomyoma
18
0.0553±0.0451
88.88±26.17
**P<0.01 vs leiomyoma
2.3 声像图特征与纹理参数的关系 胃粘膜下平滑肌瘤和平滑肌肉瘤的EUS声像图的共同点是病灶均起源于胃壁固有肌层，起源处有“喇叭口”样特征，尤其是平滑肌瘤此征象更清楚。与纹理参数值关联较大的肿瘤内部回声在两病种间却有较大差异，18例平滑肌瘤内部回声均匀者占88.89%，而平滑肌肉瘤内部回声不均匀者占100%。
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3 讨 论
3.1 EUS声像图纹理分析的可行性 EUS对胃粘膜下肿瘤的诊断包括两方面内容，即内镜对病灶胃内表现的判断和超声对病灶及其周围结构的显示，显然,后者为诊断的重要依据。纹理分析就是对EUS产生的超声图像中某些感兴趣区域进行测试、分析[3]。纹理分析的目的是了解组织的病理、生理状况与组织声学参数之间的关系，以弥补目前广泛应用的超声成像仪只能反映病变组织的形态、位置，而难以全面反映其病理学特征的缺陷。它是众多超声组织定征方法中较多应用于临床的一种，是近年发展起来应用于图像处理的一门新技术[4]。
图像纹理是图像灰度的空间相关性，也即图像灰度随空间位置变化的视觉表现。图像的纹理特性与图像灰级的空间分布有关，它是图像的内在性质，包含着有关结构、像素之间相互关系等重要信息[5]。纹理分析的最终目的是要对图像中的物体作定性或定量的结论。EUS声像图与B超的区别在于其为圆图，而且图中含有多个同心圆结构；因此，在采集ROI时需避开同心圆强回声带。该法对于小病灶ROI的测定影响不大，而对于大病灶则有一定影响，对此，本研究采取多次测定的方法加以解决。
, 百拇医药
3.2 3种纹理参数值的临床意义 EUS声像图纹理参数计算方法与普通B超一样，一般采用统计方法分析，根据像素间灰度的统计性质对纹理作出特征判断，从而对声像图作出定量诊断，籍此推测病灶的病理学变化。这种方法通常是在空间域基础上实施的，但实际频域变换分析有空域分析不具备的特点，它能够通过频域分量与纹理粗细简单的对应关系，直观而清晰地对纹理进行分析测定[6]。目前，用于纹理分析的参数有多种，较多采用的是Haralick等提出的14种参数，我们采用3种纹理参数进行分析。这3种纹理参数(ENT、Var、LRE)均是反映EUS声像图纹理的粗细特性，从病理学角度讲，也就是反映了胃粘膜下肿瘤组织的疏密、均匀性及有无液性暗区等特征，籍此可以推断肿瘤的性质。从表1可见平滑肌瘤在不同频率分量的平均熵值均大于平滑肌肉瘤，而方差值和长程度值则较平滑肌肉瘤小，说明平滑肌瘤EUS声像图的纹理较肉瘤细腻，也就是说其声像图内部回声的均匀性较好。此结论与常规经验性判断肿瘤的良恶性标准相吻合，即平滑肌瘤回声均匀者居多，肉瘤大多回声不均匀并有液性暗区及强回声斑。由此可见，EUS声像图纹理参数的测定为临床经验性判断找到了理论依据，更重要的是使EUS的诊断有望达到定量化。
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参 考 文 献
1 许国铭，金震东，邹多武，等. EUS对上消化道粘膜下肿瘤的诊断. 中华超声影像学杂志，1995，4(6)：241
2 桥本 洋, 齐藤 惠一, 田英 一郎, 他. 超音波内视镜像のテクスチヤ—解析を用いた定量诊断(第1报). Gastroenterol Endosc， 1990，32(10):1363
3 桥本 洋, 齐藤 惠一, 中尾 京子, 他. 超音波内视镜像のテクスチセ—解析を用いた定量诊断(第2报)—胃粘膜下肿瘤の数量鉴别诊断. Gastroenterol Endosc， 1991，33(2):235
4 Rolland Y, Bezy-Wendling J, Gestin H, et al. Analysis of texture in medical imaging. Review of the literature. Ann Radio Paris， 1995，38(3):315
, 百拇医药
5 Garra BS, Krasner BH, Horii SC, et al. Improving the distinction between benign and malignant breast lesions:the value of sonographic texture analysis. Ultrason Imaging,1993,15(2):267
6 Osterveld BJ, Thijissen JM, Hartman PC, et al. Ultrasound attenuation and texture analysis of diffuse liver disease:methods and preliminary results. Phys Med Bol,1991,36(8):1039
(1998-02-20收稿， 1998-07-11修回)
, 百拇医药
单位：
关键词：胃肿瘤；纹理分析；超声内镜
第二军医大学学报980507 摘要 目的：研究胃粘膜下肿瘤超声内镜声像图的纹理特征，使诊断定量化。方法：采用纹理参数熵、方差及长程度对18例胃粘膜下平滑肌瘤和11例胃粘膜下平滑肌肉瘤的超声内镜声像图进行了检测和比较。结果：(1) 平滑肌瘤的熵值大于平滑肌肉瘤，平滑肌瘤的方差值和长程度值则小于平滑肌肉瘤，且差异显著；(2) 两病种间熵值、方差值和长程度值的变化与肿瘤的声像图特征相关联。结论：纹理分析有助于提高超声内镜对胃粘膜下肿瘤性质的判断准确性。
中国图书资料分类法分类号 R735.204
Tissue characterization of endoscopic ultrasonography in gastric submucosal tumor
, 百拇医药
Jin Zhendong, Xu Guoming, Li Ping, Zou Duowu, Zhou Kangyuan (Department of Gastroenterology, Changhai Hospital, Second Military Medical University, Shanghai, 200433)
Abstract Objective: To study the characteristic texture of endoscopic ultrasonography in gastric submucosal tumor. Methods: Three texture parameters including ENT, Var and LRE of endoscopic ultrasonography in 18 cases of gastric submucosal leiomyoma and 11 cases of gastric submucosal leiomyosarcoma were investigated. Results: We designed a software suitable for the texture analysis of endoscopic ultrasonography. The ENT of leiomyoma was higher than that of leiomyosarcoma, while the Var and LRE of leiomyoma were lower than those of leiomyosarcoma (P<0.05). There were great correlation between the changes of ENT, Var and LRE and the characteristic images of gastric submucosal tumor. Conclusion: Texture analysis of endoscopic ultrasonography has certain value in the differential diagnosis of benign gastric submucosal tumor from malignant.
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Key words stomach neoplasms; texture analysis; endoscopic ultrasonography
胃粘膜下肿瘤中平滑肌瘤及平滑肌肉瘤较常见。80年代中期超声内镜(EUS)问世以来，使该病的诊断水平有了明显提高。EUS已被公认为是诊断消化道粘膜下肿瘤的最佳影像学检查方法[1]。由于EUS对病灶的诊断主要依据于二维超声图像，在很大程度上仍受操作者的主观因素影响，对病灶性质的判断缺乏定量指标[2]。为此，本研究采用超声图像纹理分析技术，对经EUS采集的胃粘膜下肿瘤声像图进行了纹理参数的比较研究。
1 材料和方法
1.1 临床资料 研究用声像图取自1992年10月至1996年4月间经EUS诊断、病理确诊的胃粘膜下肿瘤29例，其中胃粘膜下平滑肌瘤18例，胃粘膜下平滑肌肉瘤11例，男性20例，女性9例，平均年龄45.2岁。
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1.2 仪器 EUS仪采用Olympus EU-M3型，探头频率7.5，12 MHz可调，Sony录像机VHS录像带，用于记录并存储二维EUS图像。装有纹理分析软件的奔腾133计算机，该软件能对输入的EUS声像图中胃粘膜下肿瘤的感兴趣区(ROI)进行多种纹理参数的测试，并能自动计算出测试结果。
1.3 图像的选择 测试声像图全部采用7.5 MHz冻结图像，B超仪器时间增益补偿(TGC)固定在同一条件下取得。ROI均选择肿瘤的最大剖面，作3次不同面积ROI的参数测试，取其均值作为1个病例的数值。
1.4 参数的设计与计算 本研究选择适合于EUS声像图纹理分析的3种参数。(1)纹理参数熵(ENT)=-Σp(i)log2p(i)，其中p(i)为第i级灰度的概率。数值的计算采用共发矩阵法，该法的实质是通过条件概率使纹理模型化，同时考察具有一定位置关系像素的灰度相关性。纹理参数值经归一化处理。ENT值变化的4个方向为0°，45°，90°和135°。ENT对同一ROI反映了不同频率含量的平均谱的分布特性，其值越大表示图像纹理越细腻，反之，则表示图像纹理越粗糙。(2)长程度(LRE)=Σgi=1 Σrj=1jp(ij)/Σgi=1 Σkj=1p(jE)，其中g，r为图像大小，代表行程灰度或灰度范围序号，j代表行程长度或长度范围序号，p(ij)就是满足条件的行程段数目。LRE指扫描方向在一维扫描线上连续出现的具有同一灰度值或属于同一灰度范围的像素点数目。它可以对图像的粗细及疏密得出定量的分析。(3)方差(Var)=Σ(i-mGLD)2p(i)，mGLD为平均灰度差异。Var代表某一区域内像素点灰度分布分散程度的度量，表示纹理的粗糙程度，Var值较大表示纹理粗糙，反之表示细腻。
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1.5 统计学处理 采用t检验。
2 结 果
2.1 3种参数值比较 平滑肌瘤各方向上的ENT值均大于平滑肌肉瘤(P<0.01，表1)。平滑肌肉瘤组的LRE值和Var值均高于平滑肌瘤组，且差异非常显著(P<0.01，表2)。
表 1 胃粘膜下肿瘤的ENT值比较
Tab 1 Comparison of ENT in gastric submucosal tumor(
±s，S/J*K-1) DirectionLeiomyosarcoma (n=11)
Leiomyoma (n=18)
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0°
45°
90°
135°
0.6990±0.1200**
0.6054±0.1031**
0.7341±0.1281**
0.7283±0.1280**
0.8154±0.0872
0.7165±0.090
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0.8649±0.0957
**P<0.01 vs leiomyoma
表 2 胃粘膜下肿瘤的LRE和Var值比较
Tab 2 Comparison of LRE and Var in
gastric submucosal tumor (
±s) Diseasen
LRE
Var
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Leiomyosarcoma
11
1.4610±0.2337**
200.63±9.03**
Leiomyoma
18
0.0553±0.0451
88.88±26.17
**P<0.01 vs leiomyoma
2.3 声像图特征与纹理参数的关系 胃粘膜下平滑肌瘤和平滑肌肉瘤的EUS声像图的共同点是病灶均起源于胃壁固有肌层，起源处有“喇叭口”样特征，尤其是平滑肌瘤此征象更清楚。与纹理参数值关联较大的肿瘤内部回声在两病种间却有较大差异，18例平滑肌瘤内部回声均匀者占88.89%，而平滑肌肉瘤内部回声不均匀者占100%。
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3 讨 论
3.1 EUS声像图纹理分析的可行性 EUS对胃粘膜下肿瘤的诊断包括两方面内容，即内镜对病灶胃内表现的判断和超声对病灶及其周围结构的显示，显然,后者为诊断的重要依据。纹理分析就是对EUS产生的超声图像中某些感兴趣区域进行测试、分析[3]。纹理分析的目的是了解组织的病理、生理状况与组织声学参数之间的关系，以弥补目前广泛应用的超声成像仪只能反映病变组织的形态、位置，而难以全面反映其病理学特征的缺陷。它是众多超声组织定征方法中较多应用于临床的一种，是近年发展起来应用于图像处理的一门新技术[4]。
图像纹理是图像灰度的空间相关性，也即图像灰度随空间位置变化的视觉表现。图像的纹理特性与图像灰级的空间分布有关，它是图像的内在性质，包含着有关结构、像素之间相互关系等重要信息[5]。纹理分析的最终目的是要对图像中的物体作定性或定量的结论。EUS声像图与B超的区别在于其为圆图，而且图中含有多个同心圆结构；因此，在采集ROI时需避开同心圆强回声带。该法对于小病灶ROI的测定影响不大，而对于大病灶则有一定影响，对此，本研究采取多次测定的方法加以解决。
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3.2 3种纹理参数值的临床意义 EUS声像图纹理参数计算方法与普通B超一样，一般采用统计方法分析，根据像素间灰度的统计性质对纹理作出特征判断，从而对声像图作出定量诊断，籍此推测病灶的病理学变化。这种方法通常是在空间域基础上实施的，但实际频域变换分析有空域分析不具备的特点，它能够通过频域分量与纹理粗细简单的对应关系，直观而清晰地对纹理进行分析测定[6]。目前，用于纹理分析的参数有多种，较多采用的是Haralick等提出的14种参数，我们采用3种纹理参数进行分析。这3种纹理参数(ENT、Var、LRE)均是反映EUS声像图纹理的粗细特性，从病理学角度讲，也就是反映了胃粘膜下肿瘤组织的疏密、均匀性及有无液性暗区等特征，籍此可以推断肿瘤的性质。从表1可见平滑肌瘤在不同频率分量的平均熵值均大于平滑肌肉瘤，而方差值和长程度值则较平滑肌肉瘤小，说明平滑肌瘤EUS声像图的纹理较肉瘤细腻，也就是说其声像图内部回声的均匀性较好。此结论与常规经验性判断肿瘤的良恶性标准相吻合，即平滑肌瘤回声均匀者居多，肉瘤大多回声不均匀并有液性暗区及强回声斑。由此可见，EUS声像图纹理参数的测定为临床经验性判断找到了理论依据，更重要的是使EUS的诊断有望达到定量化。
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参 考 文 献
1 许国铭，金震东，邹多武，等. EUS对上消化道粘膜下肿瘤的诊断. 中华超声影像学杂志，1995，4(6)：241
2 桥本 洋, 齐藤 惠一, 田英 一郎, 他. 超音波内视镜像のテクスチヤ—解析を用いた定量诊断(第1报). Gastroenterol Endosc， 1990，32(10):1363
3 桥本 洋, 齐藤 惠一, 中尾 京子, 他. 超音波内视镜像のテクスチセ—解析を用いた定量诊断(第2报)—胃粘膜下肿瘤の数量鉴别诊断. Gastroenterol Endosc， 1991，33(2):235
4 Rolland Y, Bezy-Wendling J, Gestin H, et al. Analysis of texture in medical imaging. Review of the literature. Ann Radio Paris， 1995，38(3):315
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5 Garra BS, Krasner BH, Horii SC, et al. Improving the distinction between benign and malignant breast lesions:the value of sonographic texture analysis. Ultrason Imaging,1993,15(2):267
6 Osterveld BJ, Thijissen JM, Hartman PC, et al. Ultrasound attenuation and texture analysis of diffuse liver disease:methods and preliminary results. Phys Med Bol,1991,36(8):1039
(1998-02-20收稿， 1998-07-11修回)
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