基于臨床資料-超聲特征及MRI影像組學(xué)建立模型預(yù)測(cè)胎盤植入程度并評(píng)估其診斷效能*

宋萍 王勇 安鵬

(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬襄陽(yáng)市第一人民醫(yī)院放射科, 湖北 襄陽(yáng) 441000)

1930年,Hertig首次報(bào)告了胎盤植入,并證實(shí)這種情況可能導(dǎo)致產(chǎn)后大出血、子宮切除或產(chǎn)婦死亡[1-2]。依據(jù)附著深度、粘連范圍和侵入子宮肌層的程度,胎盤植入分為植入性胎盤(placenta increta,PI)、粘連性胎盤(placenta accreta,PA)和穿透性胎盤(placenta percreta,PP)[3-4]。胎盤粘連是指過(guò)多的胎盤絨毛層穿過(guò)蛻膜并粘連附著于子宮肌層的情況。胎盤植入是少數(shù)胎盤絨毛層滲透子宮肌層的情況。胎盤穿透是指胎盤絨毛或組織穿透子宮肌層甚至附著漿膜層,或侵入鄰近肌肉組織及器官的情況。PP是可能導(dǎo)致母親和嬰兒死亡的更為嚴(yán)重的情況,危險(xiǎn)性為PP>PI>PA。隨著二胎政策的開(kāi)放、多次妊娠及高齡產(chǎn)婦的增加,胎盤植入的發(fā)生率逐年上升。據(jù)統(tǒng)計(jì),胎盤植入的發(fā)生率在美國(guó)達(dá)到0.18%,在中國(guó)達(dá)到0.47%[5-6]。胎盤植入通常在產(chǎn)前通過(guò)超聲和MRI診斷。然而,由于聲音衰減和周圍組織的干擾,超聲可能無(wú)法診斷所有胎盤植入病例,對(duì)于植入程度的評(píng)估更加困難[7]。MRI具有無(wú)創(chuàng)性、可多平面重建、組織分辨率高、對(duì)血管敏感性高等優(yōu)點(diǎn);因此,MRI更可能準(zhǔn)確地描述植入部位、子宮旁受累情況,但對(duì)于植入的程度研究甚少[8]。本研究選擇124例患者建立訓(xùn)練集-測(cè)試集,基于臨床-超聲-MRI紋理分析數(shù)據(jù)建立了US/MRI影像學(xué)模型、臨床資料模型、MRI影像組學(xué)模型和組合模型。通過(guò)比較模型ROC曲線下面積,揭示了組合模型在胎盤植入程度診斷中的重要臨床價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 本研究收集了本院2015年3月—2021年11月124例確診胎盤植入孕婦的臨床資料。術(shù)后病理證實(shí)為PI或PP,并分為PI組69例,PP組55例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①產(chǎn)前接受經(jīng)腹部或經(jīng)陰道超聲及MRI檢查。②術(shù)后病理標(biāo)本證實(shí)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①臨床資料或影像學(xué)資料不齊全。②粘連性胎盤。人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征：年齡21～41歲,平均(32.6±8.5)歲、流產(chǎn)史、妊娠次數(shù)、剖宮產(chǎn)史、產(chǎn)次、邊緣及完全性前置胎盤、子宮內(nèi)膜損傷史、吸煙飲酒史、高血壓糖尿病病史和胎盤植入史等。本研究獲得了所有患者的知情同意,并通過(guò)了襄陽(yáng)市第一人民醫(yī)院人類倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(S109[2016])。

1.2 診斷方法

1.2.1 MRI 飛利浦Achifa Nova1.5T MRI掃描儀與6通道相控陣體線圈一起使用。孕婦以左臥位或仰臥位。首先定位中下腹部和盆腔。然后獲取子宮的橫向、矢狀面、冠狀面T2WI和矢狀面T1WI圖像。掃描范圍從子宮底部上方約2厘米到恥骨聯(lián)合。T2WI圖像由單次激發(fā)自旋回波(SSTSE)和平衡快速場(chǎng)回波(balance FFE)獲得。SSTSE參數(shù)如下：TR 7500 ms,TE 100 ms,翻轉(zhuǎn)角度90°,矩陣300×300,切片厚度5 mm,視野(FOV)26×26 cm。balance FFE參數(shù)(屏氣時(shí))如下：TR 3.60 ms,TE 1.8 ms,翻轉(zhuǎn)角度90°,切片厚度5 mm。T1WI由屏氣時(shí)快速自旋回波獲?。篢R 800 ms,TE 15 ms,矩陣256×256,切片厚度2～5 mm,視野(FOV)26×26 cm[9]。

1.2.2 超聲 采用邁瑞R7和GE E8超聲掃描儀系統(tǒng),矩陣探頭,根據(jù)國(guó)際婦產(chǎn)科超聲協(xié)會(huì)ISUOG胎盤植入診斷指南進(jìn)行掃描,孕婦采取仰臥位或左側(cè)臥位,大體掃描子宮附件及胎兒,在完成胎兒畸形篩查后,詳細(xì)掃查胎盤及子宮肌層連接處[10]。影像學(xué)表現(xiàn)：MRI和超聲特征(前置胎盤的類別、胎盤和子宮肌層邊界模糊、子宮肌層回聲線連續(xù)、子宮漿膜和膀胱邊界模糊、胎盤后血流信號(hào)異常、膀胱受累征象和宮頸受累征象)[11-12]。

1.2.3 病理診斷 胎盤植入的鏡檢結(jié)果為：胎盤絨毛和底蛻膜發(fā)育不良或無(wú)底蛻膜,絨毛附著于子宮肌層或滲透侵入甚至穿透子宮肌層[13-14]。

1.3 影像組學(xué)特征的提取 本研究采用3D slicer version 4.11.20210226或ITK-SNAP 3.8.0圖像分割軟件進(jìn)行磁共振圖像ROI劃定,然后進(jìn)行紋理分析及數(shù)據(jù)提取。在確定firstorder、glcm、shape、ngtdm等候選紋理數(shù)據(jù)后,基于R語(yǔ)言-version 3.4對(duì)上述紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)asso回歸分析,提取有效紋理數(shù)據(jù)。ROI勾畫(huà)方法：介于主要研究胎盤與子宮肌層的關(guān)系,主要勾畫(huà)并提取胎盤-子宮連接處的紋理信息,見(jiàn)圖1。

圖1 胎盤-子宮肌層間隙的磁共振影像組學(xué)感興趣區(qū)(ROI)勾畫(huà)示意圖

2 結(jié)果

2.1 患者臨床資料特征 PI組和PP組在妊娠次數(shù)、孕婦年齡、剖宮產(chǎn)史、流產(chǎn)史及子宮內(nèi)膜損傷史方面存在顯著差異(均P<0.05)。在所有入選患者中,82例(66.12%)有流產(chǎn)史;96例合并前置胎盤(邊緣型前置胎盤34例,中央型前置胎盤62例);一次流產(chǎn)患者的OR值為1.69(95%CI： 0.246～1.932),兩次流產(chǎn)患者的OR值為5.437(95%CI： 1.488～19.873),3次流產(chǎn)患者的OR值為4.333(95%CI： 0.992～18.938)。見(jiàn)表1。

表1 基于臨床特征建立模型(臨床模型)預(yù)測(cè)胎盤植入程度的回歸分析結(jié)果

2.2 常規(guī)影像學(xué)特征 對(duì)超聲和MRI常規(guī)特征進(jìn)行單因素回歸分析,胎盤植入程度的危險(xiǎn)因素包括：完全型前置胎盤、子宮漿膜與膀胱界限模糊、胎盤與子宮肌層界限模糊等(均P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 基于產(chǎn)前超聲-磁共振成像特征建立模型(常規(guī)影像學(xué)模型)預(yù)測(cè)早期胎盤植入程度的回歸分析結(jié)果

2.3 MRI影像組學(xué)特征 基于3D slicer軟件勾畫(huà)的胎盤-子宮肌層感興趣區(qū)共提取了874×2組紋理數(shù)據(jù),然后基于R語(yǔ)言的Lasso回歸法篩選出了14組有用數(shù)據(jù),然后進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),最終篩選出了3組有意義數(shù)據(jù),即弧度區(qū)域大小矩陣(Small Area High Gray Level Emphasis和Runm Variance),鄰域灰度差矩陣(Contrast)。見(jiàn)表3。

表3 基于產(chǎn)前磁共振影像組學(xué)建立模型(MRI影像組學(xué)模型)預(yù)測(cè)早期胎盤植入程度的回歸分析結(jié)果

2.4 預(yù)測(cè)模型的開(kāi)發(fā)和性能 在訓(xùn)練集中,基于上述風(fēng)險(xiǎn)因素的多因素回歸分析確定流產(chǎn)史、子宮內(nèi)膜損傷史、胎盤與子宮肌層界限模糊、子宮漿膜與膀胱界限模糊、弧度區(qū)域大小矩陣(RunVariance),鄰域灰度差矩陣(Contrast)為獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素。使用Delong非參數(shù)曲線法比較模型能效：預(yù)測(cè)胎盤植入程度的組合模型效能[AUC=0.885;95%CI0.817～0.954,P<0.05],明顯高于臨床模型[AUC=0.744;95%CI0.644～0.844,P=0.0007],超聲/MRI影像學(xué)模型[(AUC=0.748;95%CI0.646～0.831,P=0.0071],MRI影像組學(xué)模型[(AUC=0.728;95%CI0.626～0.831,P=0.0045],見(jiàn)表4。在測(cè)試集中,組合模型同樣產(chǎn)生了良好的預(yù)測(cè)效能[AUC=0.952;95%CI0.910～0.998],明顯高于其他模型,臨床模型[AUC=0.811;95%CI0.642～0.991,P<0.05],超聲/MRI影像學(xué)模型[AUC=0.751;95%CI0.572～0.922,P<0.05],MRI影像組學(xué)模型[AUC=0.821;95%CI0.667～0.971,P<0.05]。最后對(duì)4種模型進(jìn)行DCA檢驗(yàn),在給定閾值概率的最大值下,最高曲線(代表組合模型)是與其他3個(gè)模型相比實(shí)現(xiàn)凈效益最大化的最佳決策策略。見(jiàn)圖2、圖3。

表4 基于產(chǎn)前超聲-磁共振成像特征及臨床資料建立模型(組合模型)預(yù)測(cè)早期胎盤植入程度的的回歸分析結(jié)果

圖2 以Delong非參數(shù)方法估算ROC在訓(xùn)練集(a)和測(cè)試集(b)的不同預(yù)測(cè)模型之間的曲線下面積

圖3 基于風(fēng)險(xiǎn)因素在訓(xùn)練集(a)和測(cè)試集(b)的不同預(yù)測(cè)模型之間的決策曲線分析

3 討論

胎盤植入是產(chǎn)后大出血、圍產(chǎn)期緊急子宮部分切除的主要原因之一。隨著二胎政策的開(kāi)放、高齡及多胎孕婦的增加,胎盤植入引起的產(chǎn)婦/胎兒死亡率逐漸增加[16-17]。學(xué)界普遍認(rèn)為穿透性-侵入性胎盤的發(fā)生與底蛻膜不足、滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲性過(guò)強(qiáng)以及子宮螺旋動(dòng)脈再灌注障礙有關(guān)。PA產(chǎn)前診斷困難,但危害相對(duì)較少,無(wú)明確的臨床處理指征,故本次也未納入研究;PI則需短期隨訪或者臨床觀察,其主要影響手術(shù)方式或增加術(shù)中子宮肌層切除范圍或術(shù)后修補(bǔ)等,但這一切依靠產(chǎn)前影像學(xué)準(zhǔn)確評(píng)估;PP則屬于臨床決策中的危機(jī)事件,對(duì)于不同孕齡及產(chǎn)程的PP患者,需依據(jù)US/MRI結(jié)果制定詳細(xì)的手術(shù)方案,盡力減少產(chǎn)后大出血、羊水栓塞并保全子宮及附件,同時(shí)預(yù)防子宮穿孔和腹腔感染;介于PP帶來(lái)孕婦死亡率和醫(yī)患糾紛的增加,因而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)胎盤植入嚴(yán)重程度極為重要[18-19]。

本研究對(duì)臨床特征模型進(jìn)行回顧性分析,以確定胎盤植入程度的危險(xiǎn)因素。流產(chǎn)次數(shù)和子宮內(nèi)膜損傷史是胎盤植入程度的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。有多次流產(chǎn)史的孕婦穿透性胎盤的發(fā)生率明顯高于無(wú)流產(chǎn)史的孕婦(35/124vs12/124),因此流產(chǎn)史是預(yù)測(cè)胎盤穿透的重要因素。此外,胎盤穿透的發(fā)生率也隨著先前接受流產(chǎn)次數(shù)的增加而增加。在有2次流產(chǎn)史者中,PP發(fā)生率上升到7.25%(9/124),3次PP發(fā)生率則為20.97%(26/124)。隨著先前接受流產(chǎn)的人數(shù)增加,預(yù)測(cè)胎盤穿透的OR值也比沒(méi)有流產(chǎn)史的增加。兩次流產(chǎn)(OR=5.437)患者的胎盤植入風(fēng)險(xiǎn)明顯高于一次流產(chǎn)(OR=1.69)患者。在接受過(guò)3次以上墮胎的孕婦中,與2次流產(chǎn)史比,高風(fēng)險(xiǎn)模式持續(xù)(OR=4.333)。此外,孕婦年齡、妊娠次數(shù)、剖宮產(chǎn)史也是胎盤植入程度評(píng)判的重要風(fēng)險(xiǎn)因素(均P<0.05),因而這些資料也是婦產(chǎn)科醫(yī)師應(yīng)該密切關(guān)注的,詢問(wèn)病史對(duì)診斷PP至關(guān)重要[20]。

本研究中,常規(guī)的超聲和MRI特征對(duì)預(yù)測(cè)胎盤植入程度也有較好的臨床意義。據(jù)報(bào)道三維超聲對(duì)胎盤植入的診斷敏感性為82%,特異性為79%。但迄今為止,尚未就胎盤植入程度的超聲指標(biāo)和診斷標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識(shí)[21-22]。因而,本研究中納入了前置胎盤,胎盤-子宮肌層-膀胱肌層關(guān)聯(lián)等多個(gè)影響參數(shù)來(lái)鑒別PI和PP。當(dāng)然,為了提高超聲診斷胎盤植入程度的敏感性和特異性,本研究對(duì)臨床-影像資料進(jìn)行了綜合評(píng)估,包括孕婦年齡、妊娠和宮腔手術(shù)史等影像異?；颊咛貏e關(guān)注。最終,本研究發(fā)現(xiàn)合并完全性前置胎盤、胎盤與子宮肌層邊緣模糊和子宮漿膜與膀胱邊緣模糊的孕婦,PP的發(fā)生率較高。但超聲掃描儀容易受到超聲本身物理特性(氣體干擾,聲衰減,散射等)的限制,這使得漏診不可避免。相比之下,MRI不受氣體和周圍組織的干擾,因此非常適合診斷胎盤植入的程度。本研究將胎盤-子宮交界處異常信號(hào),胎盤組織增厚,胎盤邊緣灌注增強(qiáng)(基于磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)檢測(cè)),胎盤局部駝峰樣凸起(基于影像組學(xué)勾畫(huà)3D模型)等納入研究,最終確認(rèn)這些因素較明顯地提高了PP的診斷率。PP患者的胎盤邊緣多出現(xiàn)混雜的低-高信號(hào)帶,異常的條片狀血管影,內(nèi)部信號(hào)混雜不均勻,胎盤附著處子宮壁變薄/變厚等[11-12]。通常孕婦不需要接受MRI檢查,但當(dāng)超聲發(fā)現(xiàn)以上等異常時(shí),進(jìn)一步MRI檢查以鑒別胎盤植入并區(qū)分胎盤植入程度極為重要。另外,超聲和MRI的異常征象可進(jìn)一步得到互相補(bǔ)充證實(shí),避免誤診[23-24]。

影像組學(xué)可應(yīng)用于×線、超聲、CT、磁共振及病理等方向,近十年來(lái),各種高IF高質(zhì)量的組學(xué)研究如雨后春筍般突出。因此關(guān)于胎盤植入程度的研究,本研究也引入了影像組學(xué)參數(shù)并獲得了良好的收益,在非常巧妙的選取了弧線形感興趣區(qū)后,影像組學(xué)參數(shù)的差異明顯提高。在勾畫(huà)124例胎盤植入患者術(shù)前MRI資料的感興趣區(qū)并經(jīng)過(guò)篩選后,本研究共提取了3組可靠的影像組學(xué)數(shù)據(jù)：弧度區(qū)域大小矩陣(SmallAreaHighGrayLevelEmphasis和RunVariance),鄰域灰度差矩陣(Contrast),這些數(shù)據(jù)分別代表病灶的信號(hào)強(qiáng)度,密度以及階差等;這3者可能分別與胎盤邊緣附著面的組織成分、出血、形態(tài)學(xué)微改變及病理微觀改變有關(guān),影像組學(xué)參數(shù)在某在程度上預(yù)示著胎盤植入的某種病理生理過(guò)程[25-26]。

最后,本研究基于上述所有風(fēng)險(xiǎn)因素建立了4種預(yù)測(cè)模型,劃分了訓(xùn)練集和測(cè)試集進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證獲得了一致性的結(jié)果;基于德龍非參數(shù)檢驗(yàn)和決策曲線法證實(shí)組合模型預(yù)測(cè)效果佳,AUC面積明顯高于其他模型。這可能是與該模型結(jié)合了臨床-超聲-磁共振組學(xué)指標(biāo)從而獲取了基于胎盤植入患者個(gè)體化差異的參數(shù),因而提高了PP預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。預(yù)測(cè)模型有助臨床早期預(yù)測(cè)胎盤植入程度、及早調(diào)整圍產(chǎn)期干預(yù)治療方案,減少患者子宮膀胱切除率[26-27]。

本研究的局限性：①樣本量不足,期待將來(lái)大規(guī)模多中心-大數(shù)據(jù)研究。②雖然動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI掃描可以清晰地顯示胎盤與子宮肌層、膀胱壁之間的邊界,但懷孕期間使用釓螯合物對(duì)孕婦-胎兒有潛在的危害或致畸影響,因此本研究沒(méi)有探討增強(qiáng)MRI的價(jià)值。③邏輯回歸模型雖然在臨床應(yīng)用較廣,但也存在部分局限性,機(jī)器學(xué)習(xí)等多種算法的引入研究需在未來(lái)開(kāi)展并迭代驗(yàn)證,以提高診斷效能。

4 結(jié)論

基于臨床資料-產(chǎn)前超聲-磁共振影像組學(xué)建立的組合模型可提高胎盤植入程度的預(yù)測(cè)效能,對(duì)優(yōu)化手術(shù)治療方案、保全子宮附件等有重大臨床意義,具有十分廣闊的臨床應(yīng)用前景。