基于小波变换的高强度聚焦超声消融兔VX2乳腺肿瘤声像图纹理分析

摘要

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)作为一种新型的无创技术，运用于良、恶性肿瘤的治疗，并且为真正意义上的保乳治疗提供了可能。HIFU需要影像技术做为实时监控，超声是最常用的监控手段，但超声图像存在已发生凝固性坏死(CoagulativeNecrosis，CN)而灰度未发生明显变化的情况[1]，灰度变化不明显可导致总剂量过大、治疗时间延长，引起并发症等情况[2]。本研究对靶区声像图进行纹理分析，旨在探究一种更为准确的疗效评价方式，以提高超声实时监控的准确性和敏感度，为临床研究提供实验基础。
　　目的
　　探讨高强度聚焦超声(HIFU)辐照过程中，纹理参数分析方法对监控声像图靶组织凝固性坏死情况的判对情况，提高判断的准确性和灵敏度。
　　方法
　　1.1实验设备
　　JC200型聚焦超声肿瘤治疗系统，该系统包括功率源、超声实时监控定位、组合探头、治疗运动控制装置、治疗床及声耦合装置五部分，治疗参数：治疗探头频率0.94MHz，直径220mm，焦距140mm。
　　GELOGIQ9超声诊断仪。
　　MATLAB2010和WEKA3.7软件。
　　1.2动物模型的建立
　　健康纯种雌性新西兰白兔120只。
　　将120只实验兔分成90W、120W、150W三组，每组40只。
　　无菌条件下切取种兔肝癌组织，生理盐水冲洗后，置于盛有生理盐水的玻璃皿中，取瘤体边缘生长旺盛的鱼肉样组织，用眼科剪剪碎，与生理盐水一起注入20ml注射器内，制成组织块悬液。
　　1.3实验步骤
　　1.3.1兔麻醉后，将组织悬液用针管注入双侧乳腺组织内各1ml，2周后于乳腺区域扪及直径大小为10mm的肿块，然后固定于治疗床上，启动B超诊断仪对乳腺肿瘤进行定位。打开治疗系统，调整焦点使其位于肿瘤内部，进行手动点打扫描，功率分别设定为90W、120W、150W，辐照3s。
　　1.3.2每个样本均采集辐照前、辐照后即刻图像。
　　1.3.3 HIFU辐照后，切取乳腺肿瘤，对辐照靶区进行取材，HE染色、光镜及电镜观察是否发生凝固性坏死，以病理结果作为是否发生凝固性坏死的金标准。
　　1.3.4通过软件对图像进行分析，使用MATLAB软件截取ROI(Region of Interest，ROI)，对ROI进行两次小波变换；将辐照前、辐照后即刻声像图提取纹理参数分析结果录入WEKA3.7中，使用支撑适量机(Support Vector Machine，SVM)建立决策平面，分析样本。SVM工具箱通过训练得出分类决策的超平面，分析样本，将纹理分析得到的结果与灰度评价进行比较。
　　1.4统计学分析
　　利用SPSS17.0统计软件，对纹理分析和灰度评价进行比较，采用卡方检验，当理论频数大于5时，非校正公式X2检验，检验水准采用α=0.05，P<0.05认为差异有统计学意义。
　　结果
　　通过多分辨率小波变换和Tamura纹理分析对HIFU消融组织凝固性坏死监控声像图判断的准确性和灵敏度均高于灰度评价，且差异具有统计学意义(P<0.05)。
　　(1)多分辨率小波变换判对率86.67％，高于灰度判对率60.83％，差异有统计学意义(P=0.000)；
　　(2)Tamura对是否发生凝固性坏死的判对率为80.83％，高于灰度判对率60.00％，差异有统计学意义(P=0.000)；
　　(3)造影条件下，多分辨率小波变换纹理分析方法判断凝固性坏死灵敏度84.6％，Tamura判断凝固性坏死灵敏度80.7％，灰度灵敏度53.6％，差异有统计学意义(P=0.023和P=0.034)，两种纹理方法之间比较差异没有统计学意义。
　　结论
　　小波变换纹理分析和Tamura纹理分析运用于HIFU消融兔VX2乳腺肿瘤声像图凝固性坏死的判断，与灰度相比，准确性和灵敏度更高。微泡造影剂条件下，纹理分析方法同样适用于对凝固性坏死的判断，且较灰度评价效果更好。