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乳腺熱圖像不對稱性分析的臨床應用價值探討

來源:中華現代影像學雜志 作者:肖子健1, 萬穎文2, 李凱揚1作者單位:1 430072 湖北 2013-2-27
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摘要: 【摘要】 目的探討乳腺紅外熱圖像不對稱性分析在乳腺癌篩查中的臨床應用價值。方法通過對比158例乳腺腫塊病人(病理結果證實:其中惡性腫瘤58例,良性病變100例)的乳腺紅外熱圖像中左右乳房區域的平均溫度、溫度標準差、溫度峰度等參數來分析腫瘤的性質。結果通過本文分析方法篩查出44例惡性腫瘤(44/58)和88例良性病......


【摘要】  目的探討乳腺紅外熱圖像不對稱性分析在乳腺癌篩查中的臨床應用價值。方法通過對比158例乳腺腫塊病人(病理結果證實:其中惡性腫瘤58例,良性病變100例)的乳腺紅外熱圖像中左右乳房區域的平均溫度、溫度標準差、溫度峰度等參數來分析腫瘤的性質。結果通過本文分析方法篩查出44例惡性腫瘤(44/58)和88例良性病變(88/100)。結論分析結果表明乳腺癌病變區的溫度分布與正常區域的溫度分布具有不對稱的特征,利用乳腺紅外熱圖像不對稱性分析能有效地篩查出惡性腫瘤,該方法在乳腺癌篩查中有較高的臨床應用價值。

【關鍵詞】  不對稱性; 紅外熱圖像; 平均溫度; 乳腺癌

 Clinical application of asymmetry analysis in breast infrared thermal image

  XIAO Zi-jian,WAN Ying-wen,LI Kai-yang.School of Physics and Technology, Wuhan University,Wuhan 430072, China

  ObjectiveTo investigate the clinical application of asymmetry analysis in breast infrared thermal image for breast cancer screening.MethodsThe average temperature and standard deviation and kurtosis of breast infrared thermal image belonged to 158 cases of breast tumor patients (confirmed by pathology: 58 cases are malignant and 100 cases are benign) were contrasted to analyze the features of the tumors.Results44 cases of malignant tumors (44/58) and 88 cases of benign lesions (88/100) have been screened out by this method.ConclusionThe temperature distribution of the cancer area and the normal area has the asymmetric feature. Asymmetry analysis in breast infrared thermal images is an effective method for breast cancer screening.

  [Key words]asymmetry; infrared thermal image; average temperature; breast cancer

  世界衛生組織的數據顯示,乳腺癌在全球女性癌癥發病率中排第二位,成為危害女性健康最常見的惡性腫瘤之一。全世界每年有近120萬例乳腺癌疾病新增患者,每年死于乳腺癌的病人約有50萬,并且發病率以每年2%的速率遞增[1]。醫學證明,早期發現和早期治療是降低乳腺癌患者死亡率的關鍵因素。本文利用不對稱性分析方法分析了158例乳腺腫塊病人的乳腺紅外熱圖像,并與病理結果進行對照,旨在提高乳腺紅外熱圖像不對稱性分析在乳腺癌篩查中的應用價值,以期為乳腺癌的紅外熱成像篩查提供有力依據。

  1資料與方法

  1.1一般資料本文所處理的158例乳腺紅外熱圖像來源于湖北省人民醫院2007年1月—2008年11月之間收治的因乳腺腫塊而住院的患者,在手術前利用患者的乳腺紅外熱圖像進行不對稱性分析。經過手術后,病例結果證明其中58例腫塊為乳腺癌,100例為良性腫塊。

  1.2分析方法首先,采用武漢昊博科技有限公司生產的HP-T-II型熱層析成像系統,患者站立,雙手叉腰,將雙乳充分暴露于系統攝像頭的正前方,從而獲取患者的乳腺紅外熱圖像。然后,對乳腺紅外熱圖像進行圖像預處理:第一步,采用256階灰度來顯示紅外熱圖像(如圖1);第二步,對圖像進行直方圖均衡化處理(如圖2);第三步,利用Canny算子對圖像進行邊緣檢測[2],其中算子中的標準方差參數設置為0.4(如圖3);第四步,在雙乳下邊界拋物線上各選取3點(其中一個點為邊界最下方點,另外兩點分居兩側)進行拋物線擬合,繪制出兩條與左右乳房下邊界擬合的拋物線,兩拋物線交于點P且各自的另一側分別與身軀的左右邊界相交,同時連接左右腋窩點,并從點P做連線的垂線,這樣一來可以將左右乳房區域的邊界繪制出來(如圖4);第五步,將第四步所得的左右乳房區域邊界應用于原始乳腺紅外熱圖像中,從而可以把左右兩個獨立的乳房區域從圖像中分割出來(如圖5),以便進行分析研究。最后,獲取左右乳房區域的溫度數據并進行分析。

  1.3判定標準

  1.3.1平均溫度不對稱性分析方法左右乳房區域平均溫度差<0.5℃視為良性腫塊,≥0.5℃則視為惡性腫塊。

  1.3.2溫度標準差不對稱性分析方法左右乳房溫度標準差之比<1.5視為良性腫塊,≥1.5則視為惡性腫塊。

  1.3.3溫度峰度不對稱性分析方法左右乳房溫度峰度數值同號視為良性腫塊,異號則視為惡性腫塊。

  2結果

  2.1病理結果本文中158例乳腺腫塊,經手術后證實其中58例為惡性腫瘤,100例為良性病變。惡性腫瘤中,浸潤性導管癌25例,黏液癌13例,髓樣癌5例,其他惡性腫瘤15例;良性病變中,乳腺纖維瘤26例,積乳囊腫15例,乳腺炎12例,乳腺腺病8例,漿細胞性乳腺炎6例,肉芽腫性乳腺炎4例,其他良性病變29例。

  2.2乳腺紅外熱圖像不對稱性分析結果在58例乳腺癌中,利用平均溫度不對稱性分析方法診斷出44例,診斷符合率為75.86%(44/58);利用溫度標準差不對稱性分析方法診斷出37例,診斷符合率為63.79%(37/58);利用溫度峰度不對稱性分析方法診斷出36例,診斷符合率為62.07%(36/58)。如表1所示。在100例良性病變中,利用平均溫度不對稱性分析方法診斷出88例,診斷符合率為88%(88/100);利用溫度標準差不對稱性分析方法診斷出79例,診斷符合率為79%(79/100);利用溫度峰度不對稱性分析方法診斷出75例,診斷符合率為75%(75/100)。如表2所示。表1惡性腫瘤分析結果例(%表2良性病變分析結果例

  3討論

  紅外熱成像技術始于20世紀30年代,并在第二次世界大戰之后迅速地從軍事領域向醫學領域滲透。英國外科醫生Lawson[3]于1956年開拓性地應用紅外熱成像技術進行乳腺疾病檢查,結果發現乳腺腫瘤區域體表溫度比周圍其他正常區域溫度高,熱分布特征明顯表現異常。從此,紅外熱成像技術在乳腺疾病診斷上的應用研究便成為眾多研究者關注的熱點。Lawson還在其報道指出乳腺癌瘤區域的溫度明顯地高于流經該腫瘤的動脈血和靜脈血的溫度;Gautherie[4]通過乳腺癌的外科手術證實了該觀點,并且認為這是器官或者組織高代謝產熱產生的結果。同樣可以從病理生理學角度來分析,組織的血供越豐富,該組織的代謝產熱越高。因此,相對周圍正常組織來說,惡性腫瘤組織具有較高的代謝產熱和血液灌注率。近些年,乳腺紅外熱成像技術飛速發展,大量醫學實例證明乳腺癌在乳腺紅外熱圖像中表現出以下特征:(1)局部放射熱增加或出現熱點;(2)兩側溫度明顯不對稱,患側溫度顯著增高;(3)局部血管增多或增粗、迂曲,可血管走向反常;(4)乳暈部熱增加。本文提出的檢測方法正是根據乳腺癌病變區域與正常區域的溫度分布具有明顯的不對稱性,惡性腫瘤區域溫度一般高于正常區域溫度這一原理來對乳腺紅外熱圖像進行分析和研究的。Head[5]等人曾在報告中指出將左右乳房區域平均溫度差異≥1℃作為惡性腫瘤的判斷標準。本文通過分析病例并結合病理結果證實,將左右乳房區域平均溫度差異≥0.5℃作為惡性腫瘤的判斷標準更為合理,并用該判斷標準進行檢測實驗,取得了理想的效果。從上述分析結果中可以看出,與溫度標準差和溫度峰度相比,將左右乳房區域的平均溫度作為乳腺熱圖像不對稱性分析的對比參數所篩查出的結果更具有臨床應用價值。 乳腺紅外熱圖像不對稱性分析具有自身獨特的優勢。與鉬靶、超聲、MRI等醫學影像技術不同,紅外熱成像技術是一種功能性的醫學影像新技術。該技術是通過接收人體表面向外輻射出的紅外輻射通量,經過數值轉換處理后得到人體表面的溫度分布圖,根據圖像對人體功能狀態的分析與研究,具有直觀、安全、經濟等優點;有利于乳腺疾病的早期發現,同時也減少微損性的組織切片病理檢查。據文獻[6]報道,乳腺紅外熱成像技術能夠比上述等醫學結構影像技術提前10年探測到乳腺的病理狀態。在乳腺紅外熱成像技術中應用不對稱性進行分析,原理鮮明,結構清晰,且操作便捷,更加有助于提高乳腺紅外熱圖像篩查乳腺癌的準確性、有效性。乳腺熱圖像不對稱性分析具有乳腺癌初步篩查的臨床應用價值,但其診斷符合率還不是很高,可以借助于熱層析成像系統[7]進行更深入的乳房內部定量的溫度分析來進行補充,這樣可以取得更為理想的效果。同時,乳腺熱圖像不對稱性分析也可以與鉬靶、超聲、MRI等結構影像技術一起進行互補性的檢測,提高乳腺癌診斷的準確率。 近年來,隨著紅外熱成像技術的發展和人們保健意識的增強,乳腺紅外熱成像技術已經被大量地應用于乳腺癌等乳腺疾病的風險評估和跟蹤治療中,并具有較高的有效性。同時我們也相信乳腺紅外熱圖像不對稱性分析將在乳腺癌篩查中發揮著越來越重要的作用。

【參考文獻】
    1張志勇,張小華. 乳腺癌的診治新進展. 中國現代臨床醫學雜志,2006,15:1358-1360.

  2J. Canny. A computational approach to edge detection. IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1986,6:679-698.

  3Lawson RN,Gaston JP. Temperature measurement of localized pathological processes. Annals of the New York Academy of Science,1964,121:90-98.

  4Gautherie M. Thermo-pathology of breast cancer:Measurement and analysis of IN VIVO temperature and blood flow. Annals of the New York Academy of Science,1980,335:383-413.

  5JF Head,CA Lipari, F Wang, et al. Image Analysis of Digitized Infrared Images of the Breasts from a First Generation Infrared Imaging System. Proc. 19th IEEE/EMBS,pp. 1997,681-684.

  6Bronzino JD.Biomedical Engineering.Boca Raton:CRC Press,2006.

  7Hao Zhang,Kai-Yang Li. The Value-exploration of the Clinical Breast Diagnosis by Using Thermal Tomography. The 4th International Conference on Natural Computation (ICNC'08),2008:25-27.

  


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