基于KUB、低劑量CT影像組學(xué)列線圖預(yù)測(cè)攀枝花泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分價(jià)值＊

劉范林 蔣 群 楊小君 馬清明

1.攀枝花市第二人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (四川 攀枝花 617000)

2.攀枝花市第二人民醫(yī)院超聲科 (四川 攀枝花 617000)

泌尿系統(tǒng)結(jié)石為臨床常見泌尿系統(tǒng)疾病，可發(fā)生于膀胱、輸尿管等部位，且不同部位臨床癥狀存在差異，其中輸尿管、腎結(jié)石以腎絞痛、血尿?yàn)橹?，膀胱結(jié)石以排尿困難、尿痛為主，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量[1-2]。報(bào)道顯示[3-4]，泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分可分為尿酸結(jié)石、非尿酸結(jié)石，手術(shù)過程中若毒素進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，可導(dǎo)致術(shù)后出現(xiàn)感染癥狀，影響預(yù)后恢復(fù)。因此，盡早明確泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分至關(guān)重要。目前臨床對(duì)于泌尿系統(tǒng)結(jié)石主要通過X線腹部平片(KUB)、CT、靜脈尿路造影等進(jìn)行早期診斷，可有效評(píng)估結(jié)石大小及距皮膚距離，但無(wú)法明確結(jié)石成分[5-6]。近年來影像組學(xué)逐漸應(yīng)用于臨床，通過高通量數(shù)據(jù)影像組學(xué)特征信息構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，可有效預(yù)測(cè)、評(píng)估、診斷患者病情。但目前鮮有關(guān)于通過影像組學(xué)預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分相關(guān)研究，基于此，本研究試分析基于KUB、低劑量CT影像組學(xué)列線圖預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2019年6月至2022年6月我院96例泌尿系統(tǒng)結(jié)石患者作為研究對(duì)象，其中男53例，女43例，年齡42～67歲，平均(57.25±5.12)歲；體質(zhì)量指數(shù)(BMI)18.8～26.4kg/m2，平均(22.23±1.18)kg/m2；結(jié)石直徑3.7～9.6mm，平均(6.71±1.31)mm。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：均經(jīng)影像學(xué)檢查，結(jié)合臨床癥狀證實(shí)為泌尿系統(tǒng)結(jié)石；可接受本研究治療、檢查方案；均為初次發(fā)??；知曉本研究，并簽訂知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并嚴(yán)重尿路感染者；脊柱畸形無(wú)法取截石位者；甲狀腺功能亢進(jìn)者；合并KUB、CT檢查絕對(duì)禁忌癥者；肝、腎等重大臟器功能障礙者；合并泌尿系統(tǒng)腫瘤；合并循環(huán)系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病者；合并精神異?；?qū)Ρ狙芯恐委?、檢查依從性較差者。

1.2 方法結(jié)石成分評(píng)估：所有患者入院后均行經(jīng)皮腎穿刺取石術(shù)進(jìn)行治療，根據(jù)結(jié)石成分紅外光譜檢測(cè)分為尿酸結(jié)石、非尿酸結(jié)石。

影像學(xué)檢查：術(shù)前均行常規(guī)KUB檢查明確結(jié)石位置、大小等信息，KUB檢查完成后均采用美國(guó)GE公司Discovery CT750HD掃描儀檢查，處仰臥位，掃描范圍為T12水平至恥骨聯(lián)合下緣，掃描過程中叮囑患者屏住呼吸，均給予低劑量進(jìn)行掃描，參數(shù)設(shè)置為管電壓為120kV，管電流范圍250mA，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5s/r，螺距為1.375：1，噪聲25。

圖像處理分析：將圖像均上傳至GE ADW4.3工作站完成圖像分析測(cè)量工作，采用ASIR、FBP技術(shù)處理，重建層厚1.25mm，所有圖像均由同兩名具有豐富經(jīng)驗(yàn)的影像學(xué)醫(yī)師檢閱。影像組學(xué)特征：提取PACS檢索導(dǎo)出的圖像，經(jīng)3D-Slicer軟件勾畫感興趣區(qū)，批量導(dǎo)入影像組學(xué)處理軟件，提取形態(tài)學(xué)特征、灰度共生矩陣特征、灰度連通大小矩陣特征等，共396個(gè)，影像組學(xué)標(biāo)簽構(gòu)建從A.K.軟件中自動(dòng)提取105個(gè)特征，基于影像組學(xué)特征及相關(guān)回歸系數(shù)構(gòu)建影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分，分值越高預(yù)測(cè)效能越高。

資料收集：均采用醫(yī)院自制調(diào)查問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)臨床資料，包括年齡、性別、BMI、結(jié)石直徑、結(jié)石數(shù)量(單發(fā)、多發(fā))、結(jié)石位置(上尿路、下尿路)、合并疾病(糖尿病、高血壓)、有無(wú)飲酒史、吸煙史、職業(yè)類型(體力勞動(dòng)、腦力勞動(dòng)、退休)、有無(wú)結(jié)石家族史、腎積水。分別采集患者入院時(shí)5mL外周靜脈血及5mL尿液送至醫(yī)院檢驗(yàn)科進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定所有患者血甘油三脂(TG)、總膽固醇(TC)、尿酸(UA)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、肌酐(Scr)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)、尿鈉(Na)、鉀(Ca)、鈣(Ca)。

調(diào)查質(zhì)量保障：調(diào)查前對(duì)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，經(jīng)調(diào)查質(zhì)量核查及數(shù)據(jù)質(zhì)量核查制定相應(yīng)調(diào)查問卷，采用相同調(diào)查問卷收集臨床資料，以保障調(diào)查問卷準(zhǔn)確性，錄入數(shù)據(jù)時(shí)再次確認(rèn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，核實(shí)后由專業(yè)人員進(jìn)行錄入。

1.3 觀察指標(biāo)(1)統(tǒng)計(jì)比較尿酸結(jié)石組、非尿酸結(jié)石組及訓(xùn)練集、驗(yàn)證集臨床資料。(2)分析泌尿系統(tǒng)結(jié)石影像組學(xué)特征。(3)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分多因素分析。(4)列線圖預(yù)測(cè)模型構(gòu)建與驗(yàn)證。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 23.0軟件對(duì)不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行相關(guān)處理分析，用EXCEL軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，常規(guī)進(jìn)行邏輯檢錯(cuò)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用(±s)表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用n(%)表示，兩組間比較行χ2檢驗(yàn)，Lasso回歸分析篩選影像組學(xué)特征，Logistic回歸方程分析相關(guān)影響因素，預(yù)測(cè)價(jià)值分析采用ROC曲線，獲取AUC，采用DCA曲線分析模型效益，默認(rèn)雙側(cè)檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同分組患者一般資料尿酸結(jié)石組和非尿酸結(jié)石組BMI、血UA、尿pH值、血Scr、高血壓、糖尿病比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；訓(xùn)練集和驗(yàn)證集一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組臨床資料對(duì)比

2.2 影像組學(xué)特征提取及影像組學(xué)標(biāo)簽構(gòu)建從A.K.軟件中自動(dòng)提取105個(gè)特征，采用Lasso降維篩選出4類(6個(gè))可預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的定量化影像組學(xué)特征(圖1，表2)，基于上述特征和其相應(yīng)的回歸系數(shù)計(jì)算影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分，分值越高預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分概率越高。

圖1A-圖1B 影像組學(xué)特征的提取及篩選；圖1A Lassso模型中調(diào)節(jié)參數(shù)選擇；圖1B 105個(gè)影像組學(xué)特征在模型中系數(shù)圖2 列線圖預(yù)測(cè)模型

表2 提取的預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的影像組學(xué)特征

2.3 泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分多因素分析以泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分是否為尿酸作為因變量(是=1，否=0)，表1中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義指標(biāo)及影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分為自變量納入Logistic回歸方程，結(jié)果顯示血UA、尿pH值、高血壓、糖尿病、影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分是泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分影響因素(P＜0.05)。見表3、表4。

表3 賦值情況

表4 泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分多因素分析

2.4 列線圖預(yù)測(cè)模型構(gòu)建與驗(yàn)證(1)列線圖預(yù)測(cè)模型構(gòu)建：根據(jù)表4篩選影響因素(血UA、尿pH值、高血壓、糖尿病、影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分)建立泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分列線圖預(yù)測(cè)模型，見圖2。(2)區(qū)分度：ROC曲線顯示，該模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集人群中AUC分別為0.915(95%CI：0.769～0.976)、0.915(95%CI：0.769～0.976)，見圖3。(3)準(zhǔn)確度：校準(zhǔn)曲線顯示，該模型預(yù)測(cè)在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集人群中結(jié)果與實(shí)際觀察結(jié)果之間有很好相關(guān)性，見圖4。(4)有效性：DCA曲線顯示，在范圍0.8～0.9、0.3～0.9內(nèi)，該模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集人群中凈獲益值較好，見圖5。

圖3A-圖3B 列線圖預(yù)測(cè)模型的ROC曲線(左為訓(xùn)練集，右為驗(yàn)證集)圖4A-圖4B 列線圖預(yù)測(cè)模型的校準(zhǔn)曲線(左為訓(xùn)練集，右為驗(yàn)證集)圖5A-圖5B 列線圖預(yù)測(cè)模型的DCA曲線(左為訓(xùn)練集，右為驗(yàn)證集)

圖4A-圖4B 列線圖預(yù)測(cè)模型的校準(zhǔn)曲線(左為訓(xùn)練集，右為驗(yàn)證集)圖5A-圖5B 列線圖預(yù)測(cè)模型的DCA曲線(左為訓(xùn)練集，右為驗(yàn)證集)

3 討論

泌尿系統(tǒng)結(jié)石多由晶體物質(zhì)在泌尿系統(tǒng)內(nèi)堆積形成，根據(jù)結(jié)石嵌頓位置不同可出現(xiàn)不同臨床癥狀，為導(dǎo)致尿路梗阻、尿路感染的主要原因[7-8]。目前臨床主要通過輸尿管碎石取石、經(jīng)皮腎鏡碎石取石等方案進(jìn)行治療，可有效清除泌尿系統(tǒng)結(jié)石，但受結(jié)石密度、成分、負(fù)荷等因素影響，部分患者無(wú)法一次性清除，且易因碎石成分感染[9-10]。因此，術(shù)前預(yù)測(cè)患者結(jié)石成分至關(guān)重要。

KUB、CT均為臨床診斷泌尿系統(tǒng)結(jié)石的有效方案，可明確結(jié)石形狀、位置等信息，有助于醫(yī)師制定相應(yīng)治療方案，具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)點(diǎn)，而影像組學(xué)為一種新興的影像學(xué)評(píng)估方法，可將CT、X線片、MRI等影像圖像數(shù)據(jù)化，通過高通量定量分析綜合評(píng)估病變空間異質(zhì)性[11-13]。本研究基于KUB、低劑量CT影像組學(xué)特征分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Lasso降維篩選出6個(gè)可預(yù)測(cè)泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的定量化影像組學(xué)特征，分別為中間灰度強(qiáng)度、區(qū)域差異、相關(guān)性的信息量度、群集陰影、最小軸長(zhǎng)度、粗糙度。報(bào)道顯示[14-15]，影像組學(xué)通過計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)將CT影像特征轉(zhuǎn)化為可量化數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)間接表達(dá)影像特征并進(jìn)行分析，從而建立預(yù)測(cè)模型。另有學(xué)者表明[16-17]，泌尿系統(tǒng)結(jié)石影像組學(xué)特征中群集陰影表示偏度及均勻性的亮度，與結(jié)石的褶皺程度相關(guān)，結(jié)石越粗糙，群集陰影越大，提示三維空間越不對(duì)稱，推測(cè)尿酸結(jié)石內(nèi)部存在分層現(xiàn)象，內(nèi)部密度不均勻?qū)е??；叶葟?qiáng)度可測(cè)量低灰度值分布，尿酸結(jié)石與含鈣量多的草酸鈣結(jié)石相比，其灰度值較低，因此可通過該值測(cè)量結(jié)石低灰度值分布[18-19]。此外，本研究通過上述特征及其相應(yīng)的回歸系數(shù)計(jì)算影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分，發(fā)現(xiàn)影像組學(xué)標(biāo)簽評(píng)分為泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的重要影響因素，可用于早期預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)石成分。

本研究還發(fā)現(xiàn)血UA、尿pH值、高血壓、糖尿病也為泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分的相關(guān)影響因素，對(duì)于術(shù)前預(yù)測(cè)結(jié)石成分具有一定價(jià)值。分析其原因可能在于，(1)血UA偏高患者內(nèi)環(huán)境呈酸性，尿草酸排泄量較高，易沉積形成結(jié)晶，逐漸形成草酸鈣結(jié)石，而尿pH值與腎臟氨類物質(zhì)分泌相關(guān)，UA于尿液酸性環(huán)境中溶解度降低可增加沉淀及結(jié)晶析出率[20-21]。(2)既往有學(xué)者研究表明[22-23]，原發(fā)性高血壓患者每24h尿鈣排泄量增加25mg以上，而多數(shù)高血壓患者BMI較高，肥胖者每24h尿液中草酸排泄量增加50mg以上，因此高血壓與泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分密切相關(guān)。(3)糖尿病患者可引起代償性高胰島素血癥，從而導(dǎo)致尿鈣排泄量增加，且糖尿病患者尿液pH顯著下降，從而增加沉淀及尿酸結(jié)晶的析出，此外糖尿病患者尿蛋白升高、UA重吸收增多、脂質(zhì)代謝紊亂等也可參與尿酸結(jié)石的形成[24-25]?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，本研究構(gòu)建列線圖預(yù)測(cè)模型，經(jīng)ROC分析顯示該模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集人群中AUC分別為0.91、0.915，具有較高預(yù)測(cè)價(jià)值，進(jìn)一步經(jīng)DCA曲線分析顯示，該模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集人群中凈獲益值較好。

綜上所述，基于KUB、低劑量CT影像組學(xué)列線圖對(duì)于攀枝花泌尿系統(tǒng)結(jié)石成分具有較高預(yù)測(cè)價(jià)值，為臨床術(shù)前制定治療方案提供參考，以改善預(yù)后。