半自動化灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的輔助診斷

洪娟，王冬青，殷瑞根，趙天，朱彥

(江蘇大學附屬醫院影像科，江蘇 鎮江 212001)

肋骨骨折是影像科最常見的急診之一，而影像學是診斷肋骨骨折最直接的手段[1]。雖然DR、CT等高分辨成像設備已廣泛應用于臨床，但肋骨骨折的影像學漏診依然時有發生，尤其是隱匿性肋骨骨折，主要原因是骨折線細小，與周圍組織結構視覺差異微小[2]。灰度參數是醫學圖像的直接屬性，顯著的灰度差異是視覺診斷形成的保證，但視覺對于過于微小的灰度差異不具有較高的敏感度，這正是影像工作中隱匿性肋骨骨折漏診的本質原因[3]。本研究借助與江蘇大學生物醫學工程學科合作的醫工共建平臺，對81例肋骨骨折患者的DR、CT成像及三維重建圖像進行半自動化灰度檢測，評判半自動化灰度檢測對肋骨骨折的診斷效能。

1 資料與方法

1.1 病例

受試者為2016年5月至2017年12月期間于江蘇大學附屬醫院門急診行DR或CT檢查患者。其中，經DR、CT及肋骨三維重建診斷為肋骨明顯骨折的患者46例(非隱匿性肋骨骨折)，其中男35例，女11例，共53處骨折，DR確診 18處，CT確診23處，三維確診12處,年齡32～66歲，平均年齡(41.6±2.6)歲；另有首診DR、CT及肋骨三維重建檢查未發現肋骨骨折，而復診時發現的隱匿性骨折患者35例，男26例，女9例，年齡38～56歲，平均年齡(38.7±2.3)歲，共計37處骨折，其中DR確診 11處，CT確診17處，三維確診9處。本研究經江蘇大學附屬醫院倫理委員會審核通過，所有受試者均簽署口述告知或簽署圖像分析知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 DR成像 采用荷蘭飛利浦公司生產的REG190 DR儀。受檢患者采用站位或平躺位行胸部正側位照射，于曝光前要求患者深吸氣并屏住呼吸。曝光條件：110 kV，80 mA。所獲圖像經PACS系統傳輸至ADW 4.8工作站并傳至移動存儲，以備使用。

1.2.2 CT成像 采用GE 64排螺旋CT。定位像范圍由胸廓入口處至雙側肋膈角下緣5.0 cm。受檢患者于掃描時深吸氣并屏住呼吸，行無間隔容積掃描，掃描層厚5.0 cm，層隔5.0 cm，110 kV,80 mA。所獲圖像經PACS系統傳輸至ADW 4.8工作站并傳至移動存儲，以備使用。肋骨三維圖像由ADW 4.8工作站依據各向同性重建獲得。

1.2.3 半自動化灰度檢測 半自動化圖像灰度檢測方案及軟件由江蘇大學生物醫學工程教研室基于C++平臺上的紋理分析構建。圖像導入運算系統后，由兩名高年資影像科醫師對圖像進行預處理確定懷疑興趣區，然后對圖像數據進行特征提取、特征維度減低、主成分分析，獲得肋骨骨折的圖像特征及參數折線圖。

1.3 統計學方法

應用SPSS 23.0軟件進行統計學分析。使用Shapiro-Wilk 檢驗對灰度數據進行正態性檢驗，P>0.05時采用非參數秩和檢驗。肋骨骨折的診斷率比較運用χ2檢驗，P<0.05為差異有統計學意義；組間兩兩比較采用χ2分割法，采用Bonferroni法校正檢驗水準，校正后的檢驗水準α=(0.05/3)=0.016。以受試者工作特征(ROC)曲線及曲線下面積(AUC)評價不同圖像源的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷效能。

2 結果

2.1 非隱匿性肋骨骨折3種圖像的半自動化灰度檢測

非隱匿性肋骨骨折的DR、CT以及三維成像上可見清晰骨折線影，斷端錯位或不明顯，骨折線處可見骨松質影；46例53處非隱匿性骨折的骨折征象全部清晰可見(53/53，100%)。對上述圖像作灰度檢測可見非骨折處檢測線走形均勻，于骨折處呈現明顯波谷；全部53處骨折可明確診斷(53/53，100%)。值得注意的是，骨折處的分離距離與檢測線波谷完全對應。見圖1。

上圖從左到右分別為DR、CT及三維成像；下圖為對應的灰度檢測

2.2 隱匿性肋骨骨折3種圖像的半自動化灰度檢測

在初診DR、CT及三維重建的圖像上，隱匿性肋骨骨折未得到完全顯示；灰度檢測圖像上可見敏感的波谷形成，提示對應骨質處骨皮質及骨小梁斷裂。復診時對應灰度檢測結果在初診影像上定位骨折部位，隱約可見纖細骨折線。見圖2。

回顧性結果顯示35例隱匿性骨折患者的37處骨折征象在初診影像中僅有12處被發現(12/37，32.4%)。而根據初診圖像的灰度檢測結果，共發現31處隱匿性骨折(31/37，83.8%)，顯著高于初診影像診斷率(χ2=31.886，P<0.01)，其中基于DR圖像發現8處隱匿性骨折(8/11，72.7%)，基于CT圖像發現16處隱匿性骨折(16/17，94.1%)，基于三維圖像發現7處隱匿性骨折(7/9，77.8%)。基于3種成像的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷率差異具有統計學意義(χ2=5.367，P<0.05)，其中CT圖像的灰度分析診斷率最高。

2.3 ROC曲線分析

分別以隱匿性肋骨骨折的DR、CT及三維成像的灰度變化值構建ROC曲線比較診斷效能，結果顯示DR、CT及三維成像的曲線下面積分別為0.81、0.86、0.73，最佳截點值分別為22、15、31。見圖3。

3 討論

肋骨骨折的漏診在影像科工作中經常出現，主要是因為肋骨隱匿性骨折診斷困難[4]。此類病患在首診時接受DR及CT甚至三維重建后，一般無法得到肯定診斷。后多因損傷部位疼痛感無法消失或呼吸受限，數天后再次復診后發現，部分患者甚至在接受多次檢測后，仍不能明確診斷[5]。不同于四肢骨，肋骨走形蜿蜒，骨折時涉及形態學錯構及扭曲，少部分DR圖像漏診正源于此，進而提示良好對比度的側位片對其診斷的重要性[6]。其次，應注重肋骨邊緣的連續性，部分漏診病患的首診圖像可見骨質邊緣的扭曲或分離，高度提示骨質邊緣的連續性在隱匿性骨折中的診斷價值[7]。

上圖從左到右分別為DR、CT及三維成像；中圖為對應的灰度檢測；下圖為骨折處影像的局部放大(×5倍)

圖3 DR、CT及三維成像的ROC曲線下面積比較

本研究結果顯示，在非隱匿性骨折的診斷中，灰度檢測與常規DR和CT影像的診斷率均為100%，但在隱匿性肋骨骨折的診斷中灰度檢測的診斷率明顯高于常規DR和CT 。進一步分析表明基于CT圖像的灰度檢測對隱匿性肋骨骨折的診斷效果顯著優于基于三維重建和DR的灰度檢測。這可能與三類圖像的灰度矩陣有關[8]，CT圖像具有更穩定的灰度矩陣，更為均勻的灰度分布，而三維重建圖像次之，DR略差。值得注意的是，隨后的ROC結果卻略有不同，在對隱匿性肋骨骨折的診斷效能中，基于DR的灰度檢測雖然落后于CT，卻高于三維成像。筆者發現，灰度檢測圖的波形骨折線事實上源于灰度的改變，即擁有較“稀疏”的灰度閾界圖像的灰度變化更能夠反映骨折，隨后的最佳截點值分析亦作出有力佐證(CT、DR和三維成像的最佳截點值分別為15、22、31)。

本研究將生物醫學工程中的灰度分析法與醫學影像技術相結合，對照灰度陽性檢測結果，對隱匿性骨折患者的首診影像學圖像進行回顧性分析。結果表明，對DR、CT及三維成像進行灰度檢測能對隱匿性肋骨骨折作出輔助診斷，基于CT圖像的灰度檢測診斷率最高。