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PixelMedAI-莫兰指数下的可解释生境影像组学

 影像诊断小札记 2025-02-04 发布于江苏

之前我们在使用基于体素影像组学特征聚类进行划分亚区域时,在没有病理图片的对照下,没有合适的解释方法,只能依据影像组学特征的计算公式间接推断。现在根据莫兰指数聚类可以在解释性方面更进一步,同时在方法上也是进一步创新。

莫兰指数(Moran's I) 是一种衡量空间数据自相关性的统计指标,用于分析某一变量在空间上的分布模式是否具有聚集性、随机性,还是呈离散分布。自相关性是指相同变量在空间上较为接近的区域是否具有相似的值。当然这个概念是来自空间统计和地理信息科学,但是与医学影像中病灶的组织在空间分布上也是有相通之处的。

在增强CT影像数据中,莫兰指数计算得到四个亚区域可以通过影像强度值以及局部和周围区域的空间相关性,来反映一些特定的病理学或生理学意义。以下是基于增强CT影像的举例:

1. High High 区域(高强度聚集区,Hot Spot 高值正相关)

定义

局部莫兰指数为正(`I > 0`):这意味着当前像素与其邻域像素之间存在正相关性。

当前像素值高于均值(`local_value > mean_x`)。

它表示像素强度高,并且周围邻域像素值也同样较高。    

结合增强CT的解释:

 可能代表:

 病理性高血流区域,例如:

   肿瘤富血区(如肝癌、肾细胞癌等高血供肿瘤的强化区域)。

   炎症区 或局部炎症反应(如脓肿壁、增强的感染性病灶)。

  正常高血流区域:

  器官强化正常区域(如肝动脉期时增强的肝组织或肾皮质)。

  造影剂浓集热点:如造影剂泄漏(造影剂外渗)或与血管密集区域相关的现象。

2. Low Low 区域(低强度聚集区,Cold Spot 低值正相关)

定义:

 局部莫兰指数为正(`I > 0`):这意味着当前像素与邻域像素具有正相关性。

当前像素值低于均值(`local_value < mean_x`)。

它表示像素强度低,并且周围邻域像素值也同样较低。

结合增强CT的解释:

 可能代表:

  缺血性区域:

  如梗死、缺血灶,这些区域的血供减少,导致对比剂强化低。

  低血流区域:

  如肿瘤内部坏死区域(中央低密度区域),或某些肝转移瘤周围强化而中央强化缺失。    

  液体/无血流区域:

  如囊肿、脓肿、腔隙性积液区域。

3. High Low 区域(高 低不一致区域,Hot Spot Anomaly 负相关)

定义:

 局部莫兰指数为负(`I < 0`):当前像素与周围邻域之间存在负相关性。

当前像素值高于区域均值(`local_value > mean_x`)。

它表示当前像素值较高,但周围邻域像素值较低。

结合增强CT的解释:

 可能代表:

  异常高密度中心:

  如局部的造影剂外渗现象(显著对比剂积聚的点状高密度区域)。

  强化边界区域:

  如坏死病灶周围的强化边,或者病灶边缘复制高血流灶(如部分肿瘤边缘强化,坏死中空区域的边缘区域高密度)。

  血管相关强化:

  单一血管向周围发散,中心增强强而周边稀疏。

4. Low High 区域(低 高不一致区域,Cold Spot Anomaly 负相关)

定义:

 局部莫兰指数为负(`I < 0`):当前像素与周围邻域之间存在负相关性。    

当前像素值低于区域均值(`local_value < mean_x`)。

它表示当前像素值较低,但周围邻域像素值较高。

结合增强CT的解释:

 可能代表:

  异常低密度中心:

  如坏死中心区域:肿瘤内部强化低的坏死区,与周围高密度的肿瘤强化边缘形成反差。

   脓肿中心:脓肿壁强化但中心低密度(液体积聚)。

  低血流中心:

  如较大的动脉栓塞性病灶,其中外围会显示高强化,而中心呈低密度。

  强化边界周边异常:

  如增强良性的表现,但局部外围组织因病理变化(如纤维化)强化下降。

那么以上是针对增强CT的一些合理解释,如果针对磁共振或者超声也是同样的思路。

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