Multivariate Analysis of Flow Data in Breast Lesions and Validation in a Normal Clinical Setting
Multivariate Analyse von Flussdaten bei Mammatumoren und Validierung unter normalen klinischen RoutinebedingungenH. Madjar1
, W. Sauerbrei2
, L. Hansen3
1Gynecology, DKD, Wiesbaden
2Medizinische Biometrie und Informatik, Universitätsklinikum Freiburg
Ziel: Definition einer Diagnoseregel zur dopplersonografischen Differenzierung von Mammatumoren und zur Validierung der Daten durch eine Folgestudie unter klinischen Routinebedingungen. Material und Methoden: Durchblutungsmessungen bei 458 Patientinnen mit gut- und bösartigen Tumoren wurden verglichen. In einer multivariaten Analyse wurde ein diagnostischer Score durch ein logistisches Regressionsmodell und stufenweise Selektion entwickelt. Die Ergebnisse wurden mit 272 Patientinnen verglichen, die unter klinischen Routinebedingungen untersucht wurden. Ergebnisse: Die meisten Messungen zeigten einen hochsignifikanten Unterschied (p < 0,001) zwischen gut- und bösartigen Tumoren. Für jede Messung wurden zwei Cutpoints gewählt um eine Diagnoseregel zu definieren. Trotz signifikanter Unterschiede ergab keine Diagnoseregel eine Sensitivität und Spezifität von über 90 %. Durch multivariate Analyse wurde unter Berücksichtigung von Alter, Zahl der Tumorarterien und der kontralateralen Arterien ein Modell entwickelt. Der letztere Wert wies zwar signifikante Unterschiede auf, erlaubte aber kaum eine Verbesserung der Diagnoseregel, daher wurde er bei der multivariaten Modellbildung vernachlässigt. Basierend auf einem einfachen Modell unter Einbeziehung des Alters und der Zahl von Tumorarterien konnten wir eine Klassifikationsregel mit hoher Sensitivität und Spezifität definieren. Die RI-Messung erlaubte keine Verbesserung der Diskriminierungsfähigkeit unseres Scores. In der Validierungsstudie reduzierte sich die Sensitivität von 89 – 98 % auf 58 – 78 % und die Spezifität von 82 – 92 % auf 83 – 86 %. Schlussfolgerung: Der Farbdoppler kann zur Tumordifferenzierung eingesetzt werden. Allerdings zeigt sich in der klinischen Routinediagnostik eine deutlich geringere Treffsicherheit im Vergleich zu optimierten Studienbedingungen.
Abstract
Purpose: To improve differentiation between benign and malignant breast lesions by Doppler measurements and to validate results in a normal clinical setting in comparison to study conditions. Materials and Methods: Doppler measurements of 458 patients were compared in benign and malignant tumors in a prospective study. In a multivariate analysis a diagnostic score was developed using a logistic regression model and stepwise selection. These results were compared with 272 patients who were examined under routine clinical conditions. Results: Most measurements showed highly significant (p < 0.001) differences between benign and malignant tumors. For each measurement we considered two cut-points to define a diagnostic rule. Despite significant differences, none of the corresponding classification rules exceeded 90 % sensitivity and specificity. Multivariate analysis selected a model including age and the number of arteries and contralateral arteries. Although significant, the last factor barely improved diagnostic accuracy. Therefore, we deleted it from the multivariate model. Based on a simple model including age and the number of tumor arteries, we defined classification rules with high sensitivity and specificity. The RI measurement did not improve the discriminatory power of our score. In the validation study the sensitivity decreased from 89 – 98 % to 58 – 78 % with a specificity of 82 – 92 % vs. 83 – 86 %. Conclusion: Color Doppler can be used for breast cancer differentiation. However, in the clinical routine the sensitivity decreases considerably compared with optimized study conditions.
Key words
breast neoplasm - Doppler ultrasound - diagnostic score - tumor vascularity - validation study
References
1
Wells P NT, Halliwell M, Skidmore R et al.
Tumor detection by ultrasonic Doppler blood-flow signals.
Ultrasonics.
1977;
15
231-232
2
Madjar H, Sauerbrei W, Münch S et al.
Continuous-wave and pulsed Doppler studies of the breast: clinical results and effect of transducer frequency.
Ultrasound Med Biol.
1991;
17
31-39
4
Kedar R P, Cosgrove D O, Bamber J C et al.
Automated quantification of color Doppler signals: a preliminary study in breast tumors.
Radiology.
1995;
197
39-43
6
Chao T C, Lo Y F, Chen S C et al.
Color Doppler ultrasound in benign and malignant breast tumors.
Breast Cancer Research and Treatment.
1999;
57
103-199
7
Peters-Engl C, Medl M, Leodolter S.
The use of color-coded and spectral Doppler ultrasound in the differentiation of benign and malignant breast lesions.
Br J Cancer.
1995;
71
137-139
9
Hollerweger A, Rettenbacher T, Macheiner P et al.
New signs of breast cancer: high resistance flow and variations in resistive indices evaluation by color Doppler sonography.
Ultrasound Med Biol.
1997;
23
851-856
10
Schelling M, Gnirs J, Braun M et al.
Optimized differential diagnosis of breast lesions by combined B-mode and color Doppler sonography.
Ultrasound Obstet Gynecol.
1997;
10
48-53
12
Sauerbrei W, Madjar H, Prömpeler H J.
Differentiation of benign and malignant breast tumors by logistic regression and a classification tree using Doppler flow signals.
Meth Inform Med.
1998;
37
226-234
15
LeCarpentier G L, Roubidoux M A, Fowlkes J B et al.
Suspicious breast lesions: assessment of 3D Doppler US indexes for classification in a test population and fourfold cross-validation scheme.
Radiology.
2008;
249
463-470
18 American College of Radiology (ACR) .ACR-BI-RADS®-Ultrasound. In: ACR Breast Imaging Reporting and Data System .Breast Imaging Atlas.. Reston VA: American College of Radiology; 2003
19
Singh S, Pradhan S, Shukla R C et al.
Color Doppler ultrasound as an objective assessment tool for chemotherapeutic response in advanced breast cancer.
Breast Cancer.
2005;
12
45-51
20
Kuo W H, Chien C N, Hsieh F J et al.
Vascularity change and tumor response to neoadjuvant chemotherapy for advanced breast cancer.
Ultrasound Med Biol.
2008;
34
857-866
21
Vallone P, D`Angelo R, Filice S et al.
Color Doppler using contrast medium in evaluating the response to neoadjuvant treatment in patients with locally advanced breast carcinoma.
Anticancer Res.
2005;
25
595-599
24
Baez E, Madjar H, Reuss C et al.
The role of enhanced Doppler ultrasound in differentiation of benign vs. malignant scar lesions after breast surgery for malignancy.
Ultrasound Obstet Gynecol.
2000;
15
377-382
25
Chaudhari M H, Forsberg F, Voodarla A et al.
Breast tumor vascularity identified by contrast enhanced ultrasound and pathology: initial results.
Ultrasonics.
2000;
38
105-109
26
Kettenbach J, Helbich T H, Huber S et al.
Computer-assisted quantitative assessment of power Doppler US: effects of microbubble contrast agent in the differentiation of breast tumors.
Eur Radiol.
2005;
53
238-244
27
Schroeder R -J, Bostanjoglo M, Rademaker J et al.
Role of power Doppler techniques and ultrasound contrast enhancement in the differential diagnosis of focal breast lesions.
Eur Radiol.
2003;
13
68-79
28
Stuhrmann M, Aronius R, Schietzel M.
Tumor vascularity of breast lesions: potentials and limits of contrast-enhanced Doppler sonography.
AJR.
2000;
175
1585-1589
29
Merz E, Eichhorn K H, Madjar H et al.
Indication for and possibilities of gynecological breast sonography after the introduction of mammography screening in Germany.
Ultraschall in Med.
2009;
39
3-5
30
Madjar H, Ohlinger R, Mundinger A et al.
BI-RADS-analogue DEGUM criteria for findings in breast ultrasound – consensus of the DEGUM committee on breast ultrasound.
Ultraschall in Med.
2006;
27
374-379