计算机辅助色素内镜诊断早期食管癌的价值

摘要

目的: 探讨计算机辅助色素内镜诊断早期食管癌的价值.

方法: 应用Lugols碘液对115例患者食管的可疑病灶进行染色后采集图像及取病理, 应用计算机的颜色定量分析软件对黏膜颜色变化进行定量分析, 并与病理结果进行比较.

结果: 115例患者共发现135个异常染色灶, 其中炎性病变83个, 癌性病变52个. 3种颜色空间中主要参数G、U、V诊断食管癌的敏感性分别为82.7%(43/52)、88.5%(46/52)、80.8%(42/52), 特异性分别为83.1%(69/83)、86.7(72/83)、84.3(70/83).

结论: 计算机辅助色素内镜能较好地反映病灶的病理性质, 能避免术者的主观性, 提高活检检查的准确性和食管早癌的诊断率.

关键词: 计算机; 色素内镜; 早期食管癌; 诊断

核心提示: 本文在色素内镜的基础上, 通过计算机辅助进行颜色的定量分析, 能增强对于病灶识别的敏感性并减少主观判断的误差, 指导活检组织的部位, 提高食管癌的早期诊断率, 具有较高临床的应用价值.

Computer aided chromoendoscopy for diagnosis of early esophageal cancer

Wu Ye, Peng-Fei Liu, Xiang-Ming Cao, Wei-Dong Shen, Xiao-Feng Lu, Jian-Zhong Qian, Juan Xu

Wu Ye, Peng-Fei Liu, Wei-Dong Shen, Juan Xu, Department of Gastroenterology, Jiangyin Hospital, Affiliated Hospital of Southeast University, Jiangyin 214400, Jiangsu Province, China

Xiang-Ming Cao, Department of Oncology, Jiangyin Hospital, Affiliated Hospital of Southeast University, Jiangyin 214400, Jiangsu Province, China

Xiao-Feng Lu, School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China

Jian-Zhong Qian, Department of Pathology, Jiangyin Hospital, Affiliated Hospital of Southeast University, Jiangyin 214400, Jiangsu Province, China

Correspondence to: Peng-Fei Liu, Chief Physician, Jiangyin Hospital, Affiliated Hospital of Southeast University, 163 Shoushan Road, Jiangyin 214400, Jiangsu Province, China. pengfeimd@163.com

Received: April 26, 2014
Revised: July 13, 2014
Accepted: July 28, 2014
Published online: September 8, 2014

Abstract

AIM: To assess the diagnostic value of computer aided chromoendoscopy for early esophageal cancer.

METHODS: One hundred and fifteen patients with suspected esophageal diseases were involved in this study. The lesions were first subjected to Lugols staining, and then biopsies were performed in the lesions. Quantitative analysis of the color change of lesions was performed using software.

RESULTS: A total of 135 iodine-unstained lesions were found in 115 patients. Among these, 83 lesions were diagnosed as inflammatory diseases, 52 lesions were diagnosed as carcinoma diseases. The sensitivities of the main color parameters G, U and V in the three color space were 82.7% (43/52), 88.5% (46/52) and 80.8% (42/52), respectively, and the specificities were 83.1% (69/83), 86.7 (72/83) and 84.3 (70/83).

CONCLUSION: Computer aided chromoendoscopy is helpful in determining pathological characteristics of the lesions and can improve the accuracy of endoscopic biopsy and the diagnosis rate of early esophageal cancer.

Key Words: Computer; Chromoendoscopy; Early esophageal cancer; Diagnosis

0 引言

食管癌为临床常见恶性肿瘤之一, 但早期常无特异性症状, 诊断需依赖内镜检查, 早期诊断是决定食管癌预后的一个主要因素[1]. 随着内镜技术的不断提高, 消化系早期肿瘤的诊治有了快速的发展, 但食管早癌的诊断率仍较低. 目前主要采用内镜普查加碘染色(又称色素内镜)和活检来提高食管早癌的诊断率[2]. 但内镜下食管染色情况的判断易受操作者主观因素的影响, 从而影响活检部位的选择和食管早癌的诊断率. 本研究应用计算机的颜色定量技术, 对东南大学医学院附属江阴医院2010-07/2013-12行食管色素内镜检查的115例患者的临床资料进行总结, 以探讨计算机颜色定量技术在提高色素内镜对早期食管癌诊断率中的应用价值.

1 材料和方法

1.1 材料

115例患者包括男83例、女32例, 年龄32-81岁, 平均年龄62.3岁. 临床表现主要有胸骨后烧心、咽部异物不适感、早饱、嗳气、上腹不适、上腹隐痛等. 术前均排除患者有碘过敏史及甲状腺疾病史, 术前患者均签署相关知情同意书. Olympus的EVIS-260主机, GIF-XQ260胃镜, 雾状喷洒管. 1.5%Lugols碘液(12 g碘和24 g碘化钾, 用蒸馏水稀释至1000 mL, 4 ℃冰箱保存, 存放时间不超过1 mo). 计算机及颜色定量分析软件(与上海大学通信与信息工程学院协作).

1.2 方法

在常规胃镜检查完后, 如发现可疑食管病灶: 如黏膜粗糙感、小片糜烂等, 则退镜至距门齿约20 cm处, 经胃镜活检孔插入Olympus雾状喷洒管, 然后由上至下均匀喷洒1.5%Lugols碘液约10-20 mL, 2-3 min后吸除存留于食管腔内的碘液. 再至下而上的仔细观察食管黏膜颜色变化, 正常食管鳞状上皮被染成棕褐色, 不着色区或淡染区为染色异常黏膜[3]. 在相同的条件下采集(距离1 cm, 以相同的角度)染色异常及周边黏膜的图像, 通过颜色定量分析软件, 按牛娜等[4]的研究方法分别计算3种颜色空间(RGB、YUV、HSV)中差异明显的参数G(绿)、U(色度)及V(亮度)的平均值, 对黏膜颜色变化进行定量分析. 为避免染色的个体差异等因素对结果的影响, 我们用病灶部位的值/周边正常染色部位的值(如G/G'、U/U'、V/V'), 以此比值来反映每个病灶部位的颜色情况. 按牛娜等[4]的研究结果对病灶性质进行判断, G/G'>1.6或U/U'>1.9或V/V'>1.5判断为阳性(癌性病变), 否则为阴性(炎性病变).

采集图像后在染色异常黏膜处取3-4块组织送病理, 送检组织由同一位具有副主任医师职称的病理科医师作出病理诊断. 以病理诊断为金标准, 判断色素内镜下定量分析色变值诊断食管癌的敏感性和特异性.

2 结果

2.1 病理诊断情况

115例患者共发现135个异常染色灶(图1), 其中炎性病变83个, 癌性病变52个.

图1 色素内镜下食管情况. 1: 不染色区; 2: 周边正常染色区.

2.2 异常染色灶的颜色定量分析

计算机辅助的色素内镜下, 3种颜色空间中主要参数G、U、V诊断食管癌的敏感性分别为82.7%(43/52)、88.5%(46/52)、80.8%(42/52), 特异性分别为83.1%(69/83)、86.7(72/83)、84.3(70/83)(表1).

表1 异常染色灶的颜色定量分析结果.

病理诊断	癌性病变(个)	炎性病变(个)
色素内镜各参数诊断阳性
G	43	14
U	46	11
V	42	13
色素内镜各参数诊断阴性
G	9	69
U	6	72
V	10	70

G: 绿色; U: 色度; V: 亮度.

3 讨论

食管癌是常见的消化系肿瘤, 恶性程度高, 晚期患者手术机会小, 生存率较低, 因此根治的关键是提高早期诊断率. 但早期食管癌在普通胃镜下表现轻微或无异常表现, 所以普通胃镜检查的早期食管癌诊断率较低. 新的内镜技术如: 超声内镜、窄带成像内镜、自发荧光内镜、放大内镜、共聚焦激光显微内镜等的应用使早癌的诊断率有了明显提高[5-8]. 但由于其价格昂贵, 目前还很难推广应用. 我们在目前成熟的色素内镜的基础上, 通过计算机辅助进行颜色的定量分析, 以增强对于病灶识别的敏感性并减少主观判断的误差, 指导活检组织的部位, 提高食管癌的早期诊断率.

食管色素内镜已应用于食管癌高发区的普查, 其机制是成熟的非角化食管鳞状上皮含有大量的糖原, 遇碘后呈棕褐色, 当食管癌或炎症时胞内糖原含量减少甚至消失, 因此碘染后呈浅黄色或不染色[2,9,10]. 日本学者Shimizu等[11]将Lugols碘液染色技术用于诊断食管癌及高级别上皮内瘤变. 但食管上皮癌变或不典型增生、炎症等病变, Lugols碘液均为不染区或淡染区, 故无特异性. Ishihara等[12]报道, 在对食管行碘染色色素内镜检查中, 食管黏膜呈粉红着色变化的部位进行活检可提高食管癌诊断的特异性至95%, 敏感性为88%. 但对于粉红色变的判断常受术者的主观因素影响.

计算机对于颜色的判断可以做到量化, 不受主观因素影响. 在图像颜色显示与分析中, 任何一种颜色都可以用特定的参数模型进行表达[13,14], 常用的3种颜色空间包括RGB、YUV、HSV. RGB即红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色. YUV是一种非线性亮度和色度的色彩空间. 其中, Y分量显示亮度特征, 另外两个相互独立的分量U和V显示色度特征[15]. HSV是RGB的非线性转换模型, 是基于色相、饱和度和亮度3个基本特征来定义的颜色模型. 色相(H)是色彩的基本特征, 也就是颜色的名称, 比如: 黄色、红色. 饱和度(S)是色彩的纯度. 值越高表示颜色越纯; 亮度(V)是色彩的明暗程度[16].

牛娜等[4]通过计算机对已知食管癌性病变及炎性病变在色素内镜下色变数据进行分析, 得出了G(绿)、U(色度)及V(亮度)是3种颜色空间(RGB、YUV、HSV)中反映病变性质差异明显的参数, 并初步统计出相应的参考值. 据此, 我们应用于分析115例患者在色素内镜下共发现的135个异常染色灶, 发现G、U、V诊断食管癌的敏感性分别为82.7%(43/52)、88.5%(46/52)、80.8%(42/52), 特异性分别为83.1%(69/83)、86.7(72/83)、84.3(70/83), 较高的敏感性及特异性具有临床应用价值. 如能应用其指导色素内镜检查, 能避免内镜检查者的主观性, 客观地指导活检部位, 提高活检检查的准确性和食管早癌的诊断率. 以后, 希望通过多中心大样本的研究进一步验证G、U、V等颜色参数对于不同性质食管病灶的诊断价值, 并整合到胃镜操作系统中, 真正应用于临床.

评论

背景资料

食管癌为临床常见的消化系恶性肿瘤, 早期常无特异性症状, 易发生淋巴结转移, 诊断需依赖内镜检查, 早期诊断是决定食管癌预后的一个主要因素. 如何提高食管早癌的诊断率, 减轻患者痛苦并减少治疗费用, 是目前国内外研究的热点.

同行评议者

李苏宜, 教授, 主任医师, 东南大学附属中大医院肿瘤科

研发前沿

目前诊断食管癌主要依靠胃镜检查及病理, 超声内镜、窄带成像内镜、自发荧光内镜、放大内镜、共聚焦激光显微内镜等的应用使早癌的诊断率有了明显提高, 但由于其价格昂贵, 目前还很难推广应用.

相关报道

Ishihara等报道, 在对食管行碘染色色素内镜检查中, 食管黏膜呈粉红着色变化的部位进行活检可提高食管癌诊断的特异性至95%, 敏感性为88%. 但对于粉红色变的判断常受术者的主观因素影响.

创新盘点

在图像颜色显示与分析中, 任何一种颜色都可以用特定的参数模型进行表达, 计算机对于颜色的判断可以做到量化, 不受主观因素影响.

应用要点

应用计算机定量分析来指导色素内镜检查, 能避免内镜检查者的主观性, 客观地指导活检部位, 提高活检检查的准确性和食管早癌的诊断率.

同行评价

本文初步探讨了计算机定量分析色素内镜下图像来诊断食管癌的价值, 如能把计算机分析软件整合到胃镜操作系统中, 不失为一个提高食管早癌诊断率且能广泛推广应用的好方法.

备注

编辑:郭鹏 电编:都珍珍

参考文献

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