CT影像組學(xué)評(píng)估門靜脈高壓及預(yù)測(cè)曲張靜脈出血

王 珍，張聲旺，顧潛彪，劉 曉，容鵬飛，楊 曉，劉 晟

(中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院放射科，湖南 長(zhǎng)沙 410013)

門靜脈高壓(portal hypertension， PH)致食管胃底靜脈曲張為其主要并發(fā)癥，也是肝硬化失代償期患者的主要致死原因之一[1]。肝靜脈壓力梯度(hepatic venous pressure gradient， HVPG)是評(píng)估門靜脈壓力的金標(biāo)準(zhǔn)[2]，但有創(chuàng)且費(fèi)用較高，尚未獲得推廣[3]。胃鏡檢查是評(píng)估PH靜脈曲張出血風(fēng)險(xiǎn)的重要方法，但為侵入性檢查，存在麻醉風(fēng)險(xiǎn)，患者依從性較差[4]。無(wú)創(chuàng)評(píng)估門靜脈壓力及預(yù)測(cè)出血風(fēng)險(xiǎn)是目前的熱點(diǎn)問(wèn)題[4-6]。本研究探討基于CT影像組學(xué)評(píng)估PH的可行性及其預(yù)測(cè)出血的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性分析2013年3月—2016年10月112例于中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院接受測(cè)量HVPG的PH或疑似PH患者，男88例，女24例，年齡29～68歲，平均(47.8±9.3)歲。PH診斷標(biāo)準(zhǔn)：胃鏡檢查發(fā)現(xiàn)食管胃底靜脈曲張，或影像學(xué)(超聲或CT)檢查顯示腹部門-體側(cè)支循環(huán)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往因肝癌接受肝部分切除術(shù)或肝移植術(shù)；②脾切除及分流術(shù)后；③測(cè)壓前2周未行門靜脈CT血管成像；④測(cè)壓前1個(gè)月未行胃鏡檢查；⑤CT圖像質(zhì)量不佳。分別以HVPG=10 mmHg、12 mmHg及20 mmHg為界值進(jìn)行分組觀察，先后將患者分為HVPG<10 mmHg組及≥10 mmHg組、HVPG<12 mmHg組及≥12 mmHg組、HVPG<20 mmHg組及≥20 mmHg組。本研究由院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 以Seldinger技術(shù)穿刺右側(cè)頸靜脈并進(jìn)行插管，將漂浮導(dǎo)管送至測(cè)量肝中靜脈，測(cè)量該處?kù)o脈壓力及肝靜脈楔嵌壓，HVPG=肝靜脈游離壓-楔嵌壓，測(cè)量3次，取平均值。采用Philips Brilliance 64層螺旋CT儀行門靜脈血管成像，由醫(yī)師A、B(分別具有3年和10年影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn))測(cè)量門靜脈(portal vein， PV)、脾靜脈(splenic vein， SV)、腸系膜上靜脈(superior mesenteric vein， SMV)及胃左靜脈(left gastric vein， LGV)直徑，取平均值作為測(cè)量結(jié)果；判斷有無(wú)腹腔積液及門靜脈系統(tǒng)血栓，意見(jiàn)不一時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致。以O(shè)lympus VC-290胃鏡探查曲張靜脈位置及程度等。

1.3 評(píng)估出血風(fēng)險(xiǎn) 胃鏡下觀察，曲張靜脈紅色征陽(yáng)性時(shí)判斷為出血高風(fēng)險(xiǎn)，紅色征陰性判斷為出血低風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 分割ROI及提取紋理特征 自影像歸檔和通信系統(tǒng)中導(dǎo)出CT門脈期圖像，采用MaZda軟件，在3D編輯模式下選擇第一肝門區(qū)相關(guān)層面，于2D編輯模式下分割三維肝臟ROI(圖1)，由軟件自動(dòng)計(jì)算并得出紋理特征參數(shù)。采用MaZda軟件提供的4種特征選擇方式，即Fisher參數(shù)法、最小分類誤差與最小平均相關(guān)系數(shù)(classification error probability combined average correlation coefficients， CE+ACC)、相關(guān)信息(mutual information， MI)測(cè)度法及聯(lián)合以上3種方法(FPM)；并以原始數(shù)據(jù)分析(raw data analysis， RDA)、主成分分析(principal component analysis， PCA)、線性判別分析(linear discriminant analysis， LDA)及非線性判別分析(nonlinear discriminant analysis， NDA)4種方法進(jìn)行分析。采用不同特征選擇方式結(jié)合不同分析方法計(jì)算誤診率，共得到16組結(jié)果，以其中最小誤診率所對(duì)應(yīng)的特征選擇及分析方法為最優(yōu)，以2位醫(yī)師使用MaZda軟件分析得到的最小誤診率平均值表示判別效果。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示，以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)評(píng)估血管直徑差異；計(jì)數(shù)資料以百分率表示，采用χ2檢驗(yàn)分析有無(wú)腹腔積液及門脈血栓患者之間的差異。采用McNemar檢驗(yàn)分析2種ROI勾畫方式得到的誤診率差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient， ICC)檢驗(yàn)紋理特征參數(shù)組間重復(fù)性，ICC>0.8為重復(fù)性好。

2 結(jié)果

根據(jù)胃鏡觀察結(jié)果，112例中，79例(79/112，70.54%)具有出血高風(fēng)險(xiǎn)，33例(33/112，29.46%)出血風(fēng)險(xiǎn)較低。CT所示有無(wú)腹腔積液在HVPG<10 mmHg及≥10 mmHg、HVPG<12 mmHg及≥12 mmHg組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見(jiàn)表1。

2.1 影像組學(xué)特征評(píng)估的一致性 單、多層面勾畫ROI分別提取229、283個(gè)有效特征，其中196個(gè)單層面勾畫特征及248個(gè)多層面勾畫特征在觀察者間具有較好的一致性(ICC>0.80)。

2.2 不同ROI勾畫方式判別HVPG 單層面勾畫ROI判別HVPG≥10 mmHg、12 mmHg及20 mmHg的平均最小誤診率分別為12.50%、14.74%及10.27%，對(duì)應(yīng)最優(yōu)特征選擇方法分別為MI、FPM及CE+ACC；多層面勾畫ROI的平均最小誤診率分別為10.27%、11.16%及5.36%，均低于單層面勾畫結(jié)果，但差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)；對(duì)應(yīng)的最優(yōu)特征選擇方法分別為MI、FPM及FPM，分別有10、25及27個(gè)優(yōu)勢(shì)特征(灰度共生矩陣特征個(gè)數(shù)占比最大)。分析單層面或多層面ROI勾畫紋理特征均以NDA方法最優(yōu)，見(jiàn)表2。

圖1 ROI分割示意圖(紅色為ROI)

表1 根據(jù)CT主觀征象評(píng)估PH結(jié)果

表2 單層面與多層面勾畫ROI判斷HVPG的最小誤診率(%)

2.4 HVPG及紋理特征預(yù)測(cè)曲張靜脈出血 HVPG預(yù)測(cè)PH靜脈曲張出血的曲線下面積(area under the curve， AUC)為0.813[95%CI(0.730，0.897)](圖2)，HVPG以12mmHg為截?cái)嘀禃r(shí)，誤診率為20.54%，敏感度為77.22%，特異度為69.70%。采用紋理特征分析，最優(yōu)特征選擇及分析方法分別為FPM、NDA；單層面勾畫ROI平均最小誤診率為22.70%，多層面勾畫ROI的平均誤診率為20.49%，差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表3。

3 討論

近年來(lái)，多種無(wú)創(chuàng)技術(shù)被用于評(píng)估測(cè)量門靜脈壓力[5,7-8]，但僅憑影像學(xué)征象對(duì)PH進(jìn)行分層結(jié)果并不準(zhǔn)確[9-10]。本研究CT征象中，僅有無(wú)腹腔積液組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。LIU等[11]采用Matlab軟件進(jìn)行影像組學(xué)分析，以篩選出的11個(gè)優(yōu)勢(shì)特征建立的組學(xué)模型對(duì)HVPG≥10 mmHg具有較好的判斷效能。本研究結(jié)果顯示，影像組學(xué)標(biāo)簽判別HVPG≥10 mmHg、≥12 mmHg及≥20 mmHg效能較好，采用連續(xù)多層面勾畫ROI方式判斷PH程度及預(yù)測(cè)出血可降低血管及膽管等結(jié)構(gòu)對(duì)于識(shí)別及勾畫第一肝門區(qū)肝實(shí)質(zhì)的影響，有助于篩選更優(yōu)的影像組學(xué)特征；但2名醫(yī)師采用不同勾畫方法的誤診率差異并不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，可能與樣本量較少相關(guān)，需大樣本研究進(jìn)一步觀察。

圖2 HVPG預(yù)測(cè)曲張靜脈出血ROC曲線圖

表3 單層面及多層面勾畫ROI預(yù)測(cè)靜脈曲張出血的最小誤診率(%)

既往研究[2,12]將PH靜脈曲張出血的閾值設(shè)為HVPG 超過(guò)12 mmHg。本研究中HVPG預(yù)測(cè)曲張靜脈出血的效能較好(AUC為0.813)，也有部分患者HVPG值雖較高卻未發(fā)生出血，而少數(shù)HVPG<12 mmHg者發(fā)生出血，與WADHAWAN等[13]研究結(jié)果相符。本研究中紋理分析判斷出血風(fēng)險(xiǎn)的誤診率略高，即使多層面勾畫ROI，平均誤診率仍達(dá)20.49%，可能與肝功能分級(jí)、曲張靜脈直徑、管壁厚度、曲張靜脈管腔內(nèi)壓力及患者是否飲酒或進(jìn)食堅(jiān)硬食物等多種因素相關(guān)。本研究結(jié)果提示，綜合考慮HVPG、影像組學(xué)及肝功能，可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)曲張靜脈出血風(fēng)險(xiǎn)[14]。

本研究的局限性：①樣本量較少，存在選擇偏倚；②MaZda軟件提取的紋理特征數(shù)量及類別相對(duì)較少，預(yù)測(cè)模型具有一定局限性；③缺乏外部驗(yàn)證隊(duì)列；④預(yù)測(cè)模型未加入其他臨床特征指標(biāo)；⑤未分析不同病因所致肝硬化之間是否存在差異。

綜上所述，影像組學(xué)評(píng)估PH程度及預(yù)測(cè)曲張靜脈出血效能較好。