王玙璠 陳艾琪 譚詩(shī)琪 杜小萌 李 想 馬宜傳,*

1.蚌埠醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放射科 (安徽 蚌埠 233017)

2.蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放射科 (安徽 蚌埠 233004)

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤(imtracranial aneurysm，IA)是人類健康的危害元兇之一，其病因尚不清楚。根據(jù)流行病學(xué)研究顯示，蛛網(wǎng)膜下腔出血的主要病因是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的破裂[1]。顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的起病不易被察覺(jué)，及早的發(fā)現(xiàn)治療就可以降低控制危害。但是，大部分動(dòng)脈瘤被發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)破裂出血，因此錯(cuò)過(guò)了最佳治療時(shí)機(jī)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，影像技術(shù)也日益成熟，這使得未破裂動(dòng)脈瘤的檢出率大大提高，越來(lái)越多的患者由于發(fā)現(xiàn)后得到及時(shí)的治療，終身未發(fā)生破裂[2]。所以，適當(dāng)?shù)念A(yù)防對(duì)于降低顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)是至關(guān)重要的，并且在破裂的情況下及時(shí)處理去減少并發(fā)癥和預(yù)防再次出血也是重中之重。目前關(guān)于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂預(yù)測(cè)的研究大多是基于形態(tài)學(xué)參數(shù)，通過(guò)對(duì)比顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂前后的CTA、MRA、DSA圖像進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤破裂前后其形態(tài)學(xué)未見(jiàn)明顯變化[3]，故而本研究便基于其形態(tài)學(xué)去構(gòu)建影像組學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)其破裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

影像組學(xué)(radiomics)是指可以自動(dòng)提取醫(yī)學(xué)圖像特征進(jìn)行分析，并為醫(yī)療精準(zhǔn)決策構(gòu)建模型的個(gè)性化工具。近年來(lái)，影像組學(xué)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，大多是在腫瘤分期及良惡性鑒別方面[4-7]，但是隨著技術(shù)的逐漸成熟，影像組學(xué)運(yùn)用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的研究已卓有成效。Osamah Alwalid等[8]和QingLin Liu，MD等[9]已經(jīng)證實(shí)影像組學(xué)構(gòu)建模型對(duì)動(dòng)脈瘤破裂的研究是具有價(jià)值的。

目前，臨床公認(rèn)的檢出顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的金標(biāo)準(zhǔn)是DSA，但是DSA作為一項(xiàng)有創(chuàng)性檢查，不僅對(duì)患者是有傷害的，并且仍然存在無(wú)法避免的并發(fā)癥。CTA作為無(wú)創(chuàng)性血管成像技術(shù)，更多的應(yīng)用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的普查中[10]，所以本研究是基于CTA檢查去構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。相對(duì)于傳統(tǒng)的DSA、CTA、MRA及形態(tài)學(xué)，我們僅憑肉眼觀察圖像難以準(zhǔn)確鑒別未破裂動(dòng)脈瘤及破裂動(dòng)脈瘤的影像學(xué)特征，恰恰影像組學(xué)可以觀察到人肉眼無(wú)法分辨的細(xì)微差異，并且將影像圖像中的特征進(jìn)行高質(zhì)量提取、分析，所以本研究旨在探討基于CTA構(gòu)建的影像組學(xué)特征模型去預(yù)測(cè)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2020年6月至2022年4月于蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院及蚌埠醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院收治的144例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的影像資料進(jìn)行回顧性分析。根據(jù)顱內(nèi)破裂與否，將其分為未破裂組及破裂組，未破裂組包括CTA識(shí)別顱內(nèi)動(dòng)脈瘤，但無(wú)蛛網(wǎng)膜下腔出血或相關(guān)臨床癥狀的患者；破裂組包括CT平掃存在蛛網(wǎng)膜下腔出血的患者，其動(dòng)脈瘤在CTA上被識(shí)別并經(jīng)DSA證實(shí)，無(wú)其他潛在破裂因素(外傷、感染或夾層等)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：18歲以上的成年患者；CTA診斷為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤，無(wú)論動(dòng)脈瘤是否破裂。排除標(biāo)準(zhǔn)：多發(fā)動(dòng)脈瘤；顱內(nèi)梭形動(dòng)脈瘤、夾層動(dòng)脈瘤、創(chuàng)傷性動(dòng)脈瘤、感染性動(dòng)脈瘤及先前治療過(guò)的動(dòng)脈瘤；運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重的CTA圖像；無(wú)臨床診療記錄的病例；無(wú)法提取影像組學(xué)特征的病例。根據(jù)納入、排除標(biāo)準(zhǔn)，共納入144例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者，其中未破裂組71例，破裂組73例。數(shù)據(jù)集按照7：3隨機(jī)分成訓(xùn)練集和測(cè)試集，訓(xùn)練集100例，其中未破裂組49例，破裂組51例；測(cè)試集44例，其中未破裂組22例，破裂組22例。

1.2 CTA圖像采集采用GE Revolution 256排CT、GE Light Sped 64排 CT、飛利浦Βrilliance 64排CT 和ANATOM Precision 64排CT進(jìn)行掃描，掃描層厚及重建間隔(0.625mm，0.625mm)，管電壓及管電流(120kV、250mA)；掃描范圍均由主動(dòng)脈弓水平至顱頂，打瞄基準(zhǔn)線為OML線。囑患者仰臥位，使用高壓注射器經(jīng)一側(cè)肘正中靜脈注射非離子型造影劑(碘克沙醇，含碘為每毫升320mgI)，流速為每秒4.5mL，劑量為每千克1.0mL。

1.3 提取影像組學(xué)特征將符合入組標(biāo)準(zhǔn)的病例以DICOM格式從PACS系統(tǒng)中導(dǎo)出CTA圖像，由兩名資深影像科醫(yī)生隨機(jī)對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的CTA圖像進(jìn)行逐層勾畫獲取3D圖像(圖1-2)，當(dāng)兩名醫(yī)師意見(jiàn)相左時(shí)，需要通過(guò)討論達(dá)成一致。基于醫(yī)準(zhǔn)-達(dá)爾文科研平臺(tái)，篩選提取出來(lái)的影像組學(xué)特征，順序如下：(1)最大絕對(duì)值歸一化：將每一維度特征線性拉伸到[-1,1]之間。無(wú)需配置參數(shù)。(2)最優(yōu)特征篩選百分比：通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法，篩選出對(duì)分類重要的特征；條件是Percentile為10，score_func為f_classif。(3)模型選擇支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖1A-圖1D 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤未破裂患者，男，77歲。1A：顱腦CT平掃無(wú)蛛網(wǎng)膜下腔出血；1B、1C：前交通動(dòng)脈瘤CTA及VR圖像；1D：在CTA圖像上對(duì)病灶邊緣進(jìn)行逐層勾畫ROI。圖2A-圖2D 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂患者，男，65歲。2A：顱腦CT平掃存在蛛網(wǎng)膜下腔 出血；2B、2C：前交通動(dòng)脈瘤CTA及VR圖像；2D：在CTA圖像上對(duì)病 灶邊緣進(jìn)行逐層勾畫ROI。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，通過(guò)ROC曲線(receiver operating characteristic curve，受試者工作特征曲線)及AUC(area under curve，曲線下面積)去評(píng)估模型的預(yù)測(cè)效果及能力。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 影像組學(xué)特征通過(guò)醫(yī)準(zhǔn)-達(dá)爾文科研平臺(tái)，共提取出來(lái)1316個(gè)影像組學(xué)特征，通過(guò)最大絕對(duì)值歸一化、最優(yōu)特征篩選百分比及SVM篩選出14個(gè)影像組學(xué)特征(圖3)。

圖3 醫(yī)準(zhǔn)-達(dá)爾文科研平臺(tái)篩選影像組學(xué)特征

2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果基于CTA所構(gòu)建的影像組學(xué)模型訓(xùn)練集AUC值為0.87，測(cè)試集AUC值為0.83(表1、圖4)，使用選擇支持向量機(jī)模型進(jìn)行五折交叉驗(yàn)證，結(jié)果顯示模型P=0.04具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(圖5)。

表1 模型在訓(xùn)練集及驗(yàn)證集中的統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)

圖4 CTA圖像訓(xùn)練集及測(cè)試集影像組學(xué)模型ROC曲線圖5 CTA影像組學(xué)模型五折交叉驗(yàn)證

3 討 論

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤是顱內(nèi)動(dòng)脈血管的管壁由于局限性的病理擴(kuò)張所引起的瘤樣凸起[11-12]。顱內(nèi)動(dòng)脈瘤是引發(fā)蛛網(wǎng)膜下腔出血的主要原因，亦是腦血管病中致死率排名靠前的疾病，所以對(duì)未破裂動(dòng)脈瘤的積極治療干預(yù)和評(píng)估動(dòng)脈瘤的破裂風(fēng)險(xiǎn)是至關(guān)重要的[13]。但是根據(jù)統(tǒng)計(jì)，相比于未破裂動(dòng)脈瘤的自然破裂所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，手術(shù)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)更大[14]，所以對(duì)于未破裂動(dòng)脈瘤患者是否應(yīng)該進(jìn)行手術(shù)治療依舊存在爭(zhēng)議。根據(jù)研究表明，有超過(guò)一半的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者因?yàn)榧皶r(shí)發(fā)現(xiàn)治療，其預(yù)后效果良好，并且動(dòng)脈瘤始終未破裂[2]。因此，對(duì)于動(dòng)脈瘤患者臨床治療的關(guān)鍵決策手段的制定需要根據(jù)其動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)及手術(shù)治療風(fēng)險(xiǎn)去雙重考量。目前關(guān)于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂預(yù)測(cè)的研究大多是基于形態(tài)學(xué)參數(shù)，例如李不言等[15]對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂因素的研究中闡述動(dòng)脈瘤大小是動(dòng)脈瘤破裂出血最為重要的關(guān)鍵因素之一。盡管形態(tài)學(xué)參數(shù)有廣泛的應(yīng)用，但是對(duì)于其獲取，現(xiàn)在仍然存在著不足之處，例如不同測(cè)量者對(duì)于動(dòng)脈瘤的測(cè)量存在差異，其參數(shù)特征隨之發(fā)生變化，然而使用影像組學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析將會(huì)使這種人為誤差大大減少，并且可以獲取很多基礎(chǔ)形態(tài)學(xué)所無(wú)法提取的信息。影像組學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算演練將醫(yī)學(xué)影像圖像轉(zhuǎn)化為客觀的數(shù)據(jù)信息，將無(wú)法捕捉的圖像細(xì)節(jié)具象化，大大提高了醫(yī)師對(duì)診斷的可控性和可把握性。近些年，關(guān)于影像組學(xué)在腫瘤中的研究已卓有成效，如Zhang Q等[16]發(fā)現(xiàn)基于MRI影像組學(xué)可以鑒別診斷乳腺良惡性病變。但是很少應(yīng)用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，因此本研究旨在探討基于CTA影像組學(xué)在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的價(jià)值。

本研究是引用影像組學(xué)特征所構(gòu)建的模型去預(yù)測(cè)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的穩(wěn)定性，通過(guò)所選取的144例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者，使用醫(yī)準(zhǔn)-達(dá)爾文平臺(tái)對(duì)CTA感興趣區(qū)進(jìn)行逐層勾畫，將獲取的3D影像組學(xué)特征進(jìn)行提取并構(gòu)建模型，結(jié)果顯示基于CTA圖像建立的影像組學(xué)模型訓(xùn)練集及測(cè)試集AUC分別為0.87和0.83，其敏感度、特異度及準(zhǔn)確率也都表明此模型在預(yù)測(cè)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的研究中的應(yīng)用價(jià)值成效良好。Liu等[17]利用影像組學(xué)在3D-DSA圖像上成功識(shí)別與側(cè)壁破裂和分叉動(dòng)脈瘤相關(guān)的形態(tài)學(xué)特征，證實(shí)影像組學(xué)已經(jīng)成功運(yùn)用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的形態(tài)分析。Osamah Alwalid等[8]回顧性分析了393例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的CTA圖像，結(jié)果表明利用影像組學(xué)對(duì)未破裂動(dòng)脈瘤及破裂動(dòng)脈瘤進(jìn)行分類是可以成功實(shí)現(xiàn)的。QingLin Liu，MD等[9]利用影像組學(xué)提取719個(gè)動(dòng)脈瘤形態(tài)學(xué)特征成功預(yù)測(cè)動(dòng)脈瘤的穩(wěn)定性。王豪等[18]通過(guò)回顧性分析38例大腦中動(dòng)脈鏡像動(dòng)脈瘤形態(tài)學(xué)及影像組學(xué)特征，證實(shí)影像組學(xué)對(duì)于動(dòng)脈瘤的破裂預(yù)測(cè)是有較高的臨床價(jià)值和學(xué)習(xí)應(yīng)用。本研究采用3D勾畫所提取的CTA影像組學(xué)特征去構(gòu)建模型，結(jié)果顯示該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，證實(shí)了基于CTA圖像構(gòu)建的影像組學(xué)模型在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的研究中是有價(jià)值的。

無(wú)論是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的病因、機(jī)制還是危險(xiǎn)因素等多個(gè)角度，都對(duì)其破裂風(fēng)險(xiǎn)有很多探索和鉆研。本文通過(guò)回顧性分析研究，提取顱內(nèi)動(dòng)脈瘤影像組學(xué)參數(shù)，構(gòu)建其破裂風(fēng)險(xiǎn)模型，從而評(píng)估其破裂危險(xiǎn)，故無(wú)法避免的存在一定局限性：(1)本研究的患者主要分布于安徽及其周邊地區(qū)，這樣的單中心研究容易出現(xiàn)樣本偏移；(2)本研究為回顧性分析，收集病例較少，未來(lái)將納入更多病例，并且盡量通過(guò)前瞻性實(shí)驗(yàn)及多中心參與，以獲得更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型。

綜上所述，基于CTA圖像構(gòu)建的影像組學(xué)模型在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的研究中具有不可忽視的價(jià)值，可以幫助臨床制定更為詳細(xì)精準(zhǔn)的手術(shù)治療方案，更好地服務(wù)于臨床及患者。