吳聯(lián)朋，潘思航，徐克

1.溫州醫(yī)科大學(xué)定理臨床學(xué)院 檢驗(yàn)科，浙江 溫州 325000；2.溫州市新發(fā)與再發(fā)傳染病診治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 溫州 325000；3.溫州醫(yī)科大學(xué) 檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325035

肺孢子菌肺炎（pneumocystispneumonia, PCP）是機(jī)體感染耶氏肺孢子菌（pneumocystis jiroveci,PJ）而引起的一種機(jī)會(huì)性感染疾病[1]。艾滋病 （acquired immune deficiency syndrome, AIDS）患者因免疫功能受損，PCP是其常見的合并癥和主要的死因之一[2-3]。欲降低該類患者的病死率，早期快速診斷尤為關(guān)鍵。研究表明[4-7]，1-3-β-D葡聚糖、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）、CD4+T淋巴細(xì)胞、C反應(yīng)蛋白（c-reactive protein, CRP）對(duì)AIDS患者合并PCP的診斷均具有一定價(jià)值，但尚未見上述項(xiàng)目聯(lián)合檢測(cè)的報(bào)道。本研究通過建模分析1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP聯(lián)合檢測(cè)對(duì)AIDS患者合并PCP的診斷價(jià)值，為臨床及時(shí)診治提供依據(jù)。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象 選取2016年4月至2022年2月于溫州市第六人民醫(yī)院收治的AIDS患者315例，其中AIDS合并PCP患者170例（AID/PCP組），AIDS無肺部感染患者145例（AIDS組）。本研究已通過溫州市第六人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理審批（批號(hào)：L2021-03-049）。

1.2 AIDS和PCP診斷標(biāo)準(zhǔn) AIDS診斷符合中華醫(yī)學(xué)會(huì)感染病學(xué)分會(huì)AIDS學(xué)組發(fā)布的《中國(guó)AIDS診療指南（2018版）》[8]的診斷標(biāo)準(zhǔn)，并通過溫州市疾病預(yù)防控制中心蛋白質(zhì)印跡試驗(yàn)確診。PCP診斷符合《中國(guó)艾滋病診療指南（2018版）》中關(guān)于PCP的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 研究方法 收集患者入院時(shí)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果基線數(shù)據(jù)，其中LDH和CRP采用AU680全自動(dòng)生化分析儀及原裝試劑（美國(guó)Beckman Coulter公司）檢測(cè)；CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)采用FACS Canto II流式細(xì)胞分析儀及原裝CD4+T淋巴細(xì)胞試劑（美國(guó)BD公司）檢測(cè)；1-3-β-D葡聚糖水平采用TECAN-sunrise酶標(biāo)儀（美國(guó)TECAN公司）和1-3-β-D葡聚糖試劑盒（天津丹娜生物科技股份有限公司）檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)模型 將數(shù)據(jù)處理后錄入SPSS22.0軟件，設(shè)置分類變量和連續(xù)變量，通過多層感知器 （multilayer perceptron, MLP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡方自動(dòng)交互檢測(cè)（chi-square automatic interaction detection, CHAID）決策樹和Logistic回歸建立模型。MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，培訓(xùn)樣本和檢驗(yàn)樣本采用7:3進(jìn)行分組，隱藏層最小單位為1，最大單位為50，隱藏層激活函數(shù)為雙曲正切，輸出層激活函數(shù)為softmax[9]；CHAID決策樹采用交叉驗(yàn)證，水平最大數(shù)為3，父節(jié)點(diǎn)為100，子節(jié)點(diǎn)為50，分裂準(zhǔn)則為χ2顯著性[10]；通過二元Logistic回歸建立聯(lián)合檢測(cè)模型。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；非正態(tài)分布連續(xù)變量以M（P25，P75）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。繪制受試者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲線分析模型的診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者基本情況 本研究共納入患者315例，其中男262例，女53例，年齡（47.0±15.9）歲。AIDS/PCP組170例，其中男141例，女29例，年齡（45.5±15.3）歲；AIDS組145例，男121例，女24例，年齡（48.9±16.4）歲，兩組患者性別與年齡比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 兩組患者1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP水平比較 AIDS/PCP組1-3-β-D葡聚糖、LDH、CRP水平均顯著高于AIDS組，CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)顯著低于AIDS組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組患者1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+ T淋巴細(xì)胞、CRP水平比較

2.3 建模結(jié)果

2.3.1 MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：模型納入1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP作為4個(gè)輸入神經(jīng)元，包含1個(gè)隱藏層，隱藏層共含5個(gè)神經(jīng)元，輸出神經(jīng)元分類結(jié)果1為AIDS組，2為AIDS/PCP組，其中機(jī)器隨機(jī)抽取224例樣本用于模型的培訓(xùn)，準(zhǔn)確率為87.1%；剩余91例用于模型的測(cè)試，測(cè)試準(zhǔn)確率為89.0%，見表2。模型通過標(biāo)準(zhǔn)化自變量重要性可得出1-3-β-D葡聚糖＞LDH＞CD4+T淋巴細(xì)胞＞CRP，見圖1。

表2 MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)AIDS合并PCP的準(zhǔn)確性

圖1 MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及標(biāo)準(zhǔn)化重要性

2.3.2 CHAID決策樹模型：決策樹模型共有2層、6個(gè)節(jié)點(diǎn)、4個(gè)終節(jié)點(diǎn)。樹狀結(jié)構(gòu)的第一層為1-3-β-D葡聚糖水平，1-3-β-D葡聚糖＞117.00 ng/L的AIDS患者合并PCP比例最高，為96.8%；1-3-β-D葡聚糖＞37.50 ng/L且≤117.00 ng/L的患者合并PCP比例為56.5%；1-3-β-D葡聚糖≤37.50 ng/L的患者合并PCP的比例為20.9%。樹狀結(jié)構(gòu)的第二層為CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)，1-3-β-D葡聚糖≤37.50 ng/L且CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)≤146.00個(gè)/μL的AIDS患者合并PCP的比例為36.2%；1-3-β-D葡聚糖≤37.50 ng/L且CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)＞146.00個(gè)/μL的患者合并PCP的比例為3.3%。模型僅納入了1-3-β-D葡聚糖和CD4+T淋巴細(xì)胞兩個(gè)變量，其中1-3-β-D葡聚糖為最重要變量，與MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型一致。

2.3.3 Logistic回歸模型：以AIDS患者是否合并PCP為因變量，以1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP為自變量進(jìn)行多因素回歸分析，結(jié)果顯 示，LDH、CRP、1-3-β-D葡聚糖水平與PCP發(fā)生呈正相關(guān)，而CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)與PCP發(fā)生呈負(fù)相關(guān)，見表3。

表3 1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+ T淋巴細(xì)胞、CRP聯(lián)合檢測(cè)Logistic回歸分析

2.4 模型診斷效能分析 構(gòu)建的MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、CHAID決策樹、Logistic回歸模型診斷AIDS合并PCP的敏感度分別為86.47%、84.12%、84.71%；特異度分別為88.97%、70.34%、89.66%；陽(yáng)性預(yù)測(cè)值分別為90.18%、76.88%、90.57%；陰性預(yù)測(cè)值分別為84.87%、79.07%、83.33%；準(zhǔn)確率分別為87.62%、77.78%、86.98%；ROC曲線下面積（area under curve, AUC）分別為0.942、0.871、0.939。3種模型診斷效能均優(yōu)于單項(xiàng)指標(biāo)，其中以MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型最優(yōu)，見表4和圖2。

表4 3種模型與單項(xiàng)指標(biāo)診斷效能比較

圖2 3種模型ROC曲線

3 討論

PCP是AIDS患者第二大機(jī)會(huì)性感染疾病，該病起病隱匿，感染初期患者常缺乏特異體征，但病情進(jìn)展迅速，如未能及時(shí)治療病死率較高[11]。早期快速診斷是診治的關(guān)鍵，現(xiàn)階段尚無有效的體外PJ培養(yǎng)技術(shù)，PCP確診主要依據(jù)病原學(xué)檢查，如PJ包囊或滋養(yǎng)體的檢出[12]，臨床通過纖維支氣管鏡留取肺泡灌洗液或肺穿刺采集肺組織進(jìn)行六胺銀染色鏡檢，但兩者均為有創(chuàng)操作存在一定風(fēng)險(xiǎn)，且并非所有患者都能耐受，故過分依靠病原學(xué)結(jié)果將耽誤病情，不利于及時(shí)診治。

近年來，部分血液標(biāo)志物被證實(shí)可以輔助診斷PCP，如涎液化糖鏈抗原、1-3-β-D葡聚糖、S-腺苷蛋氨酸、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、IL-6/IL-10、CRP等[13]。本研究選取1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP這四項(xiàng)AIDS患者常規(guī)血液檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行建模分析，評(píng)估其在AIDS合并PCP中的診斷價(jià)值。

1-3-β-D葡聚糖是包括肺孢子菌在內(nèi)的真菌細(xì)胞壁的主要成分，盡管具有泛真菌性，但因在原核生物、病毒以及人體中均不存在，故特異性良好[14]。本研究結(jié)果顯示AIDS/PCP組患者1-3-β-D葡聚糖水平顯著高于AIDS組患者，與黃述婧等[15]研究結(jié)果一致。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹模型得出1-3-β-D葡聚糖在上述四項(xiàng)指標(biāo)中最重要，表明其與AIDS合并PCP關(guān)系密切。本研究1-3-β-D葡聚糖診斷PCP的敏感度和特異度分別為70.93%與87.58%，與既往研究[16]相比，特異度相近但敏感度稍低，分析原因是部分AIDS患者入院時(shí)臨床高度懷疑合并PCP，在未確診之前使用復(fù)方磺胺甲惡唑片經(jīng)驗(yàn)性治療從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，其次是個(gè)別患者入院時(shí)處于感染早期，PJ菌體未被完全吞噬消化，臨床多次送檢1-3-β-D葡聚糖，研究采用入院時(shí)的基線結(jié)果一定程度上降低了真陽(yáng)性率。上述因素提示臨床醫(yī)師依據(jù)1-3-β-D葡聚糖鑒別及診斷PCP需結(jié)合臨床表現(xiàn)及影像學(xué)結(jié)果等綜合分析。既往研究表明LDH對(duì)診斷PCP有一定的意義，尤其是對(duì)AIDS合并PCP患者[13]。本研究AIDS/PCP組患者LDH水平顯著高于AIDS組患者，但其他疾病亦可引起LDH升高，故特異度較一般。本研究LDH診斷PCP的敏感度為81.17%，特異度為74.48%，與周泱等[17]研究結(jié)果相仿，表明LDH可作為PCP輔助診斷指標(biāo)，但需和其他指標(biāo)聯(lián)合診斷。CD4+T淋巴細(xì)胞是HIV攻擊的靶細(xì)胞，AIDS患者較易合并PCP，究其原因正是CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)的減少。臨床上常將CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)作為AIDS患者是否合并PCP的預(yù)測(cè)指標(biāo)，當(dāng)計(jì)數(shù)＜200個(gè)/μL時(shí)，患者合并PCP的概率顯著增加[18]。本研究AIDS/PCP組患者CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)中位數(shù)為34個(gè)/μL，顯著低于AIDS組的157個(gè)/μL。兩組患者CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)中位數(shù)均＜200個(gè)/μL，分析原因是納入研究的對(duì)象均為住院患者，病情較為嚴(yán)重所致。本研究CD4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)診斷AIDS合并PCP的靈敏度和特異度一般，分別為80.59%和67.59%，略低于向琴等[19]的研究結(jié)果。CRP是機(jī)體出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的急性時(shí)相蛋白，在機(jī)體受感染時(shí)與疾病的關(guān)聯(lián)密切，有較好的敏感度，但特異度較差。本研究CRP診斷PCP的敏感度高達(dá)90.58%，而特異度為77.93%。AIDS患者無論是感染PJ還是其他細(xì)菌，CRP均會(huì)升高，故CRP用于輔助診斷PCP的價(jià)值有限，一般僅做參考。

上述分析表明，1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP對(duì)AIDS合并PCP均有一定的輔助診斷價(jià)值，但存在敏感度和（或）特異度較低的弊端。當(dāng)下，越來越多的模型被運(yùn)用于預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生，其中Logistic回歸模型運(yùn)用最為廣泛，決策樹和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也逐步被臨床科研所運(yùn)用且獲得認(rèn)可。MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是基于模擬人類大腦運(yùn)作模式的數(shù)據(jù)處理模型，組成單元為神經(jīng)元，神經(jīng)元包括輸入部分、計(jì)算部分和輸出部分，神經(jīng)元之間產(chǎn)生聯(lián)系從而組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)適應(yīng)、聯(lián)想記憶、并行處理、較高容錯(cuò)性和非線性轉(zhuǎn)換能力等特點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)挖掘數(shù)據(jù)之間復(fù)雜、潛在的聯(lián)系，對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析處理能力優(yōu)于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，在疾病診斷預(yù)測(cè)方面具有一定優(yōu)勢(shì)[20]。相關(guān)研究表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有著較好的診斷效能[21]。 本研究通過1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP聯(lián)合檢測(cè)構(gòu)建了MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、CHAID決策樹、Logistic回歸模型，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)與單項(xiàng)指標(biāo)相比，三個(gè)模型對(duì)AIDS合并PCP診斷效能均有所提高，其中MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的AUC、敏感度、陰性預(yù)測(cè)值、準(zhǔn)確率均優(yōu)于CHAID決策樹和Logistic回歸模型，而特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值與之相近，表明通過MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建1-3-β-D葡聚糖、LDH、CD4+T淋巴細(xì)胞、CRP聯(lián)合檢測(cè)模型對(duì)AIDS合并PCP具有良好的輔助診斷價(jià)值。