桂 林，黃遠(yuǎn)帥

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院輸血科，四川瀘州 646000)

基于血清4項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物的模式識(shí)別技術(shù)對(duì)胃癌的診斷價(jià)值*

桂 林，黃遠(yuǎn)帥△

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院輸血科，四川瀘州 646000)

目的 探討基于血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA的模式識(shí)別技術(shù)對(duì)胃癌的診斷價(jià)值。 方法 對(duì)212例胃癌患者，116例胃良性疾病患者和117例健康體檢者血清4項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物測(cè)定結(jié)果進(jìn)行回顧性分析，比較單項(xiàng)指標(biāo)的診斷效能并建立主成分分析(PCA)、決策樹(shù)、PCA-決策樹(shù)和Fisher判別分析模型。結(jié)果 4項(xiàng)指標(biāo)中CA242對(duì)胃癌的診斷效能最佳，ROC曲線下面積(AUC)為0.841(95%CI：0.804～0.877)。PCA模型表明，胃癌組患者血清4項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物代謝明顯紊亂，與胃良性疾病患者和健康對(duì)照個(gè)體差異顯著。決策樹(shù)、PCA-決策樹(shù)和Fisher判別分析模型對(duì)胃癌患者的診斷準(zhǔn)確率分別為58.6%、65.5%和58.6%，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率分別為65.7%、77.6%和73.1%；對(duì)非胃癌患者(胃良性疾病患者+健康對(duì)照)的診斷準(zhǔn)確率分別為94.7%、99.4%和97.6%，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率分別為87.5%、96.9%和96.9%。結(jié)論 血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA的PCA-決策樹(shù)模型有助于胃癌的鑒別診斷和預(yù)測(cè)分析。

胃癌；診斷；主成分分析；決策樹(shù)；Fisher判別分析

胃癌的發(fā)病率和病死率在我國(guó)高居首位且呈逐年上升趨勢(shì)[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)胃癌新增病例67.9萬(wàn)，死亡49.8萬(wàn)，80%以上的胃癌患者確診時(shí)已處于進(jìn)展期[3]。因此，早期、及時(shí)診斷胃癌刻不容緩。目前，腫瘤標(biāo)志物如癌胚抗原(CEA)，糖類(lèi)抗原CA19-9，CA72-4和CA242等常用于胃癌的早期診斷，但單項(xiàng)指標(biāo)的靈敏度較低[4]。多項(xiàng)并聯(lián)或串聯(lián)試驗(yàn)均能提高診斷的靈敏度或特異度[5]，但并聯(lián)時(shí)降低了特異度，串聯(lián)時(shí)降低了靈敏度且均不能預(yù)測(cè)分析。為此，本研究以胃癌患者為研究對(duì)象，采用多元統(tǒng)計(jì)分析中主成分分析(PCA)、決策樹(shù)分析、PCA-決策樹(shù)分析和Fisher判別分析的策略，探討血清CEA、CA19-9，CA72-4和CA242對(duì)胃癌的診斷和預(yù)測(cè)價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇本院2014年5月至2016年6月首診胃癌患者212例作為胃癌組，其中男115例，女97例；平均年齡(48.4±14.9)歲；印戒細(xì)胞癌95例，管狀腺癌67例，其他類(lèi)型50例。選取消化內(nèi)科胃良性疾病患者共116例作為胃良性病組，其中男67例，女49例；平均年齡(47.7±18.2)歲；急、慢性胃炎80例，胃潰瘍30例，胃平滑肌瘤4例，胃食管反流2例。胃癌組和胃部良性病組患者均經(jīng)胃窺鏡和病理組織學(xué)診斷確診。健康對(duì)照組為本院體檢中心門(mén)診體檢者，共117例，其中男64例，女53例；平均年齡(45.6±21.8)歲；體檢生化指標(biāo)，心肌損傷標(biāo)志物和腫瘤標(biāo)志物等未見(jiàn)明顯異常。3組性別、年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

表1 3組血清CA724，CA242，CA199和CEA水平比較

a:P<0.01,與胃癌組比較；b:P<0.05,與胃良性病比較。

1.2 方法 采用MAGLUMI 2000 Plus化學(xué)發(fā)光儀及配套試劑測(cè)定血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA，其參考區(qū)間分別為 CA72-4 0～6.0 U/L，CA242 0～12.8 U/L，CA19-9 0～35.0 U/L和CEA 0～5.5 g/L。比較3組患者血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA水平、ROC曲線下面積(AUC)，對(duì)3組PCA進(jìn)行分析。

2 結(jié) 果

2.1 3組患者血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA水平比較 胃癌組血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA水平均高于健康對(duì)照組和胃良性病組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。胃良性病組與健康對(duì)照組比較，血清CA242水平顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表1。

2.2 血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA的AUC比較 4種血清腫瘤標(biāo)志物對(duì)胃癌均有中等的診斷效能(AUC>0.70)。CA242的診斷效能優(yōu)于CEA、CA19-9和CA72-4，AUC[95%(CI)]分別為：0.841(0.804～0.877)、0.816 (0.775～0.857)、0.744(0.698～0.790)和0.703(90.654～0.753)。

2.3 血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA的PCA分析 基于血清4種標(biāo)志物的第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)能揭示原始數(shù)據(jù)74.9%的綜合信息。PCA模型中，胃癌患者體內(nèi)血清CA72-4、CA242、CA19-9和CEA水平明顯紊亂，個(gè)體差異大，主要分布在PCA模型橢圓的1、4象限；健康對(duì)照組個(gè)體差異較小，分布在1、3象限且聚類(lèi)明顯；良性疾病患者主要分布在橢圓中心，個(gè)體差異較小，與胃癌患者有部分重疊，3組個(gè)體有分離的趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。

2.4 基于血清單項(xiàng)和聯(lián)合腫瘤標(biāo)志物的PCA-決策樹(shù)模型 單項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物中僅CA242進(jìn)入決策樹(shù)模型(χ2=142.87，P<0.01)，10次交叉驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)為41.7%。以血清CA72-4、CA242、CEA和CA19-9提取PC，PC方程=1.936CEA+0.484CA19-9+0.507CA242+0.492CA72-4。4項(xiàng)聯(lián)合的PCA-決策樹(shù)模型的10次交叉驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)為32.8%。4項(xiàng)聯(lián)合的Fisher判別方程(Y)為，Y=0.657CEA+0.600CA19-9+0.737CA242+0.558CA72-4。3種模型對(duì)胃癌組和非胃癌組(胃良性病組+健康對(duì)照組)的診斷和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率比較結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 基于血清CA72-4，CA242，CA19-9和CEA聯(lián)合檢測(cè)的PCA模型

表2 3種模型對(duì)胃癌組和非胃癌組的診斷和預(yù)測(cè)比較(%)

3 討 論

胃癌是發(fā)病率高、治愈率低的惡性腫瘤。胃癌患者早期癥狀不典型，確診時(shí)多已是晚期，故錯(cuò)過(guò)了手術(shù)和治療的最佳時(shí)機(jī)[4]。胃癌的確診主要是通過(guò)胃鏡檢查和病理組織活檢，但胃鏡檢查有侵入性，需專(zhuān)人操作，費(fèi)用高，患者耐受性差。目前，由于診斷技術(shù)的局限性，胃癌的早期鑒別診斷仍較困難。血清腫瘤標(biāo)志物具有靈敏、簡(jiǎn)便和易復(fù)檢等優(yōu)點(diǎn)，在臨床應(yīng)用廣泛[6]。CA19-9，CA72-4，CA242和CEA均是臨床上常用的腫瘤標(biāo)志物，對(duì)腫瘤的療效判斷、病情監(jiān)測(cè)和預(yù)后評(píng)估均有一定的指導(dǎo)意義[7-8]。薛雯娟等[4]證實(shí)，胃癌患者血清CA72-4、CEA、CA242和CA19-9水平顯著高于胃良性疾病患者和健康人，單項(xiàng)指標(biāo)的AUC均較低，與本研究結(jié)果一致。單項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物和多指標(biāo)并聯(lián)實(shí)驗(yàn)對(duì)胃癌的診斷仍有一定的局限性[9-10]，故探索新的數(shù)據(jù)模型對(duì)胃癌的鑒別診斷和預(yù)測(cè)分析有重要意義。

PCA是常用的數(shù)據(jù)降維方法，通過(guò)特征根提取有代表性的PC，用2～3個(gè)PC揭示原始數(shù)據(jù)的綜合信息[11]。王魏等[12]采用PCA對(duì)胃癌患者血紅蛋白的拉曼光譜進(jìn)行分析，揭示了胃癌患者和健康對(duì)照個(gè)體的空間分布差異。陶海燕等[13]利用胃潰瘍患者的臨床參數(shù)，成功構(gòu)建了胃潰瘍和潰瘍型胃癌患者的PCA特征譜。本研究通過(guò)血清4項(xiàng)標(biāo)志物建立二維PCA模型，較好地揭示了胃癌患者、胃良性疾病患者和健康對(duì)照個(gè)體的空間分布特征，有助于后續(xù)建模分析。決策樹(shù)分析是一類(lèi)在醫(yī)學(xué)診斷中常用的非線性數(shù)據(jù)挖掘方法，利用概率原理尋找最優(yōu)分類(lèi)節(jié)點(diǎn)，具有簡(jiǎn)單、分類(lèi)速度快，適合處理大樣本數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)[14]。王輝等[15]以血清CEA、甲胎蛋白(AFP)、CA125、CA19-9和CA50建立了胃癌-健康對(duì)照和胃癌-胃良性疾病的決策樹(shù)模型，該模型的診斷準(zhǔn)確率均優(yōu)于聯(lián)合診斷試驗(yàn)和傳統(tǒng)的Logistic回歸分析。決策樹(shù)因其輸出結(jié)果易于理解和解釋?zhuān)粡V泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但隨著樣本量增加和測(cè)定指標(biāo)增多，決策的準(zhǔn)確性也會(huì)受影響[16]。采用PCA對(duì)測(cè)定變量進(jìn)行綜合再建立PCA-決策樹(shù)模型能減少預(yù)測(cè)模型的輸入量，消除數(shù)據(jù)間的干擾，提高診斷的準(zhǔn)確率[17]。本研究中，PCA-決策樹(shù)的交叉驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)更低，診斷和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率優(yōu)于決策樹(shù)模型和傳統(tǒng)的Fisher判別分析，故PCA-決策樹(shù)更有助于胃癌的診斷和預(yù)測(cè)分析。

由于海量醫(yī)學(xué)信息不斷產(chǎn)生，對(duì)比分析不同數(shù)據(jù)模型能更好地挖掘有價(jià)值的臨床信息。本研究建立了胃癌的PCA-決策樹(shù)模型并與傳統(tǒng)的決策樹(shù)和Fisher判別分析模型對(duì)比分析，取得了較好的診斷和預(yù)測(cè)效果。PCA-決策樹(shù)分析為胃癌的輔助診斷和預(yù)測(cè)分析提供了一種新思路。

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The diagnostic value of four serum tumor markers for gastric cancer based on pattern recognition techniques*

Objective To evaluate the diagnostic value of serum tumors CA72-4,CA242,CA19-9 and carcino-embryonic antigen (CEA) in patients with gastric cancer based on pattern recognition techniques.Methods Data of serum concentrations of CA72-4,CA242,CA19-9 and CEA of 212 patients with gastric cancer,116 patients with benign gastric disease and 117 healthy subjects were retrospectively analyzed；and the diagnostic performance of each tumor marker,four tumor markers based principle component analysis(PCA),decision tree,PCA-decision tree and the fisher discriminant analysis models were established.Results CA242 had the best diagnostic effect on gastric cancer,and the area under the ROC curve (AUC) was 0.841 (95%CI:0.804-0.877).PCA model showed that the serum levels of four tumor markers in patients with gastric cancer were significantly different from those in benign and healthy patients，and obvious metabolic disorders of serum with four tumor markers were found among the patients with gastric cancer.The diagnosis accuracy of the decision tree,PCA-decision tree and the Fisher discriminant analysis models for gastric cancer patients was 58.6%,65.5% and 58.6% respectively，and for non-gastric cancer patients (benign gastric diseases and healthy controls) was 94.7%,99.4% and 97.6%.And the prediction accuracy of the decision tree,PCA-decision tree and the fisher discriminant analysis models for gastric cancer patients was 65.7%,77.6% and 73.1%,and for non-gastric cancer patients was 87.5%,96.9% and 96.9%,respectively.Conclusion The PCA-decision tree model of serum CA72-4,CA242,CA19-9 and CEA might be helpful for the diagnosis and prediction of patients with gastric cancer.

stomach neoplasms;diagnosis;principle component analysis;decision tree analysis;Fisher discriminant analysis

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.15.015

四川省衛(wèi)生廳課題資助項(xiàng)目(120336)；西南醫(yī)科大學(xué)人才基金(2014ZD-017)。 作者簡(jiǎn)介：桂林(1986-)，技師，碩士，主要從事輸血相關(guān)疾病方面研究?！?/p>

，E-mail：26074937@qq.com。

R735.2

A

1671-8348(2017)15-2060-03

GuiLin,HuangYuanshuai△

(DepartmentofBloodTransfusion,theAffiliatedHospitalofSouthwestMedicalUniversity,Sichuan,Luzhou646000,China)

2016-11-20

2017-01-10)