神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和多元線性回歸預(yù)測(cè)腎結(jié)石CT 值的比較

覃 延

（廣西貴港市人民醫(yī)院放射科 廣西 貴港 537100）

腎結(jié)石是最為常見的泌尿結(jié)石，治愈后易復(fù)發(fā)[1]。CT檢查是臨床上診斷腎結(jié)石及評(píng)估治療方式的重要手段[2]，CT 值可初步判斷腎結(jié)石的主要成分，其中CT 值＜550HU的結(jié)石多為尿酸結(jié)石。本研究采用NNM 和MLR 分別預(yù)測(cè)腎結(jié)石CT 值，比較兩種模型的預(yù)測(cè)能力。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性收集2018 年1 月至2018 年12 月我院診斷為腎結(jié)石的患者。121 例腎結(jié)石患者納入本研究，男95 例，女26 例；年齡16 ～62 歲，平均（45±11）歲。

1.2 CT 掃描方法

采用德國Siemens SOMATOM Definition Flash 64層CT 掃描?；颊邫z查前8h 禁飲，檢查前飲清水500 ～1000ml，使膀胱充盈，仰臥位于檢查臺(tái)，雙上肢置于頭部?jī)蓚?cè)。掃描范圍自第11 胸椎下緣到恥骨聯(lián)合上緣。患者深吸氣后一次閉氣完成掃描。掃描參數(shù)：管電壓120kV，管電流320mA，螺距為0.6:1，掃描時(shí)間0.35s，掃描層厚2.5mm，掃描間距1.0mm。所有圖像均采用標(biāo)準(zhǔn)算法重建，F(xiàn)OV 31cm×31cm ～36cm×36cm，矩陣512×512。圖像重建厚度0.625mm，重建間距0.400mm。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 一般資料比較

所有入選患者按照3:1隨機(jī)分組，得到訓(xùn)練樣本90例，驗(yàn)證樣本31 例。兩組之間在年齡、性別構(gòu)成、身高、體重、CT 值、V、L、D、N 之間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。CT值與結(jié)石V（r=0.880，P＜0.001）、L（r=0.852，P＜0.001）、N（r=0.836，P＜0.001）和D（r=0.865，P＜0.001）呈高度相關(guān)。

表1 訓(xùn)練樣本和驗(yàn)證樣本的基線資料比較

2.2 模型結(jié)果

2.2.1 多元線性回歸模型：C’=492.520+59.453×V-5.655×L-7.236×D+35.068×N（C’：CT 值的預(yù)計(jì)值，V：結(jié)石總體積，L：結(jié)石最大橫徑，D：結(jié)石斷面栓塞程度總和；N：結(jié)石總數(shù)）。模型擬合度：R2=0.799。

2.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：隱層1 層，隱藏神經(jīng)元3 個(gè)，模型見圖1。模型準(zhǔn)確性0.912。

圖1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)CT 值示意圖

2.2.3 模型比較：（1）預(yù)測(cè)能力：在訓(xùn)練樣本中，NNM 得到的C’與C 的相關(guān)系數(shù)（r=0.994，P＜0.001）高于MLR得到的C’與C的相關(guān)系數(shù)（r=0.981，P＜0.001）；在驗(yàn)證樣本中，NNM 得到的C’與C 的相關(guān)系數(shù)（r=0.704，P＜0.001）高于MLR 得到的C’與C 的相關(guān)系數(shù)（r=0.698，P＜0.001），但是在訓(xùn)練樣本和驗(yàn)證樣本中，NNM 和MLR得到的C’與C 的相關(guān)系數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。（2）模型精度：在訓(xùn)練樣本中，NNM 得到的MAE（4.982）、MRE（1.481）和RMSE（0.166）均低于MLR 得到的MAE（8.392）、MRE（1.761）和RMSE（0.301），MAE（t=-3.410，P=0.001）和RMSE（t=-2.310，P=0.022）間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而MRE間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.452）。在驗(yàn)證樣本中，NNM 得到的MAE（17.351）、MRE（3.822）和RMSE（3.116）也低于MLR 得到的MAE（25.749）、MRE（5.403）和RMSE（4.625），MAE（P=0.361）、MRE（P=0.460）和RMSE（P=0.361）在兩者間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

本研究采用計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)，得到腎結(jié)石的定量測(cè)量指標(biāo)，包括結(jié)石的體積、結(jié)石的最大橫徑、結(jié)石的斷面栓塞面積、結(jié)石的總個(gè)數(shù)4 個(gè)定量指標(biāo)，分別從不同的角度反映了腎結(jié)石的形態(tài)學(xué)特征，因此均與腎結(jié)石的嚴(yán)重程度正相關(guān)。

腎臟解剖因素及腎盂輸尿管移行狹窄處等導(dǎo)致尿液滯留，易使尿液中的晶體或基質(zhì)在該部位形成沉積，進(jìn)而形成泌尿系結(jié)石。段中陽等研究報(bào)道腎結(jié)石的形成與腎盂出口梗阻、腎盂體積小、腎盂出口相對(duì)狹窄等解剖學(xué)因素有密切關(guān)系。長(zhǎng)時(shí)間存在的上尿路結(jié)石將引起梗阻性腎功能喪失，最終導(dǎo)致單純性無功能腎切除。腎結(jié)石體積和最大橫徑的大小不僅是外科醫(yī)生選擇治療方法和手術(shù)方式的客觀標(biāo)準(zhǔn)，還是判斷患者病情嚴(yán)重和預(yù)后的重要指標(biāo)。

多層面螺旋CT 及螺旋CT 泌尿系重建技術(shù)可同時(shí)顯示腎實(shí)質(zhì)、腎集合系統(tǒng)、輸尿管及膀胱的立體圖像，已成為泌尿系疾病的非侵入性檢查方法，我們選擇結(jié)石總體積、最大橫徑、斷面栓塞程度總和結(jié)石總數(shù)作為評(píng)估腎結(jié)石CT 值的自變量。

本研究結(jié)果顯示，在訓(xùn)練樣本和驗(yàn)證樣本中，NNM 模型較MLR 模型的CT 值預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的相關(guān)性均有提高，同時(shí)NNM 模型的MAE、MRE、RMSE 較MLR 模型分別顯著降低。

綜上所述，NNM 模型是一種較好地反映腎結(jié)石CT 值定量指標(biāo)與栓塞嚴(yán)重程度之間的非線性關(guān)系的模型，其預(yù)測(cè)能力和模型精度較MLR 模型均明顯提高。