增强CT影像组学评估胆源性急性胰腺炎严重程度的应用价值

陈钰莹 黄小华 唐玲玲 胡云涛 刘 念

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是由多种病因引起胰腺自身消化的胰腺损伤性疾病［1］。目前我国常见的AP 主要由胆道结石引起的胆源性急性胰腺炎（biliary acute pancreatitis，BAP）［2］。大多数BAP患者的病程和预后难以预测，部分患者会发展为重症BAP，病情危重，死亡率接近30%［3］。早期准确评估BAP严重程度并积极治疗对改善其预后极为重要。现有的临床评分系统如急性胰腺炎严重程度床旁指数（BISAP）及改良CT 严重指数评分（MCTSI）等可用于临床早期对BAP 严重程度的评估，但其操作繁琐，受时间限制，准确率较低［4-5］。影像组学可从任何医学图像中提取形状、密度、纹理等特征，充分挖掘图像中肉眼无法识别的隐藏信息，以提高临床诊断及预后评估的准确性［6-7］。有研究表明基于MRI 影像组学建立的模型对急性胰腺炎严重程度预测取得了较好的效果［8］，而CT图像更易获取，目前基于增强CT影像组学早期预测BAP 严重程度的研究未见报道。因此，本研究拟探讨基于增强CT 影像组学评估BAP 严重程度的价值，为临床患者个性化治疗决策提供参考。

方 法

1.研究对象

回顾性分析2016年1月至2022年4月期间在我院诊断为BAP 的患者。本研究已通过医院伦理会批准（批准文号：2022ER199-1），由于是回顾性研究，故免除了受试者知情同意。纳入的152 例BAP 中，男62 例，女90 例，年龄19～95 岁，平均年龄（58.04±16.77）岁。由2名医师依据《中国急性胰腺炎诊治指南（2021 版）》修订版Atlanta 分级［9］将患者按严重程度分为胆源性轻症急性胰腺炎（biliary mild acute pancreatitis，BMAP） 62 例，胆源性中重症急性胰腺炎 （biliary moderately severe acute pancreatitis，BMSAP） 42 例，胆源性重症急性胰腺炎（biliary severe acute pancreatitis，BSAP）48 例，其中BMAP和BMSAP 患者被纳入非重症组，而BSAP 患者被纳入重症组；包括胆囊结石119 例，胆总管结石22 例，胆囊和胆总管结石并存11例。

纳入标准：①所有病例均符合《中国急性胰腺炎诊治指南（2021）》中对AP 的诊断及严重程度分类要求［9］；②BAP 的诊断在AP 诊断基础上，经影像学检查（如B 超、CT、MRI/MRCP）确定其病因为胆源性；③AP 发病3 d 内行CT 检查。排除标准：①慢性胰腺炎、胰腺肿瘤等胰腺疾病；②临床医疗记录不完整者；③CT图像质量不能满足临床诊断要求。

2.研究方法

采用西门子Force CT 行腹部扫描，范围从膈肌至肾脏下极。扫描参数：管电压120 kV，智能毫安秒，层厚5 mm，层间隔5 mm，球管旋转时间0.50 s，准直器宽度0.625 mm，矩阵512×512。经肘前静脉以3.0～3.5 mL/s 速率注射非离子型对比剂碘海醇1～2 mL/kg，注射后30、60 s分别获得动、静脉期图像。

3.图像感兴趣区分割及特征提取

由2 名有5 年以上临床经验的腹部放射科医生采用双盲法阅片，在轴位CT 增强图像上（动脉期、静脉期）使用3D slicer软件勾画沿胰腺边缘逐层勾画胰腺实质（包括坏死区，并尽量避开血管和胆总管）。

4.评估数据组内及组间之间的一致性

由2名放射科医生在所有病例中随机抽取50例勾画感兴趣区，并进行影像组学特征的一致性评价，计算组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC），以评估特征提取的组间一致性。1 周后放射医生1 用同样方法再次勾画靶区提取特征，并将结果与其第一次提取的特征进行比较以评价组内影像组学特征的一致性。ICC＞0.75 表示特征一致性较好。

5.影像组学特征的提取和评估模型建立

将152例数据按7∶3的比例通过随机分层抽样分为训练组和验证组：训练组105例（NBSAP 组72例，BSAP 组33 例），验 证 组47 例（NBSAP 组32 例，BSAP 组15 例）。采用R 软件进行数据标准化及特征选择；采用单因素分析及最小绝对收缩和选择算子（LASSO）算法降维，分别筛选出动、静脉期最佳特征子集；采用logistic 回归构建影像组学模型：动脉期模型、静脉期模型和联合模型（动脉期+静脉期），用曲线下面积（AUC）来评价各模型的评估效能。

6.临床评分系统与影像组学模型间的评估性能比较

在训练组及验证组中，采用不同的评分系统（BISAP 和MCTSI 评分）对每例患者进行评分，采用AUC、灵敏度、特异度和准确度评估每个评分系统的评估性能，并将每个评分系统的AUC 与各影像组学模型的AUC进行比较。

7.统计学分析

采用SPSS 26.0 和R 软件3.5.3 进行统计分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，采用Mann-WhitneyU检验。计数资料采用卡方检验或Fisher 精确概率检验。采用AUC 评估各模型的评估性能。

结 果

1.2组的临床资料比较

在训练组和验证组中，BISAP 评分、MCTSI 评分、并发症、腹水/胸腔积液及坏死的发生率在非重症组和重症组之间差异均有统计学意义（P＜0.05）。重症组BISAP 评分、MCTSI 评分中位数高于非重症组；重症组并发症、腹水/胸腔积液及坏死的发生率也高于非重症组（P＜0.05）。其性别、年龄、结石部位、结石大小、结石单发/多发、淀粉酶及脂肪酶在重症组与非重症组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 BSAP组和BNSAP组的临床特征

2.纹理特征选择结果

通过观察者内和观察者间一致性检验保留了ICC＞0.75 的特征，动脉期、静脉期分别保留了722、730 个特征。通过单因素分析和LASSO 降维后，获得动脉期3 个、静脉期6 个影像组学特征（图1～3）。

图1 动脉期（A）和静脉期（B）组间一致性检验图

图2 动脉期（A）和静脉期（B）特征筛选收敛图

图3 动脉期（A）和静脉期（B）LASSO特征筛选图（LASSO模型取最简洁模型剩余特征）

3.影像组学模型建立及其与评分系统（BISAP及MCTSI）的评估性能比较

基于动脉期、静脉期筛选的特征分别建立动脉期模型、静脉期模型及联合模型。在训练组中，动脉期模型、静脉期模型、联合模型、BISAP评分及MCTSI评 分 的AUC 分 别 为0.836、0.876、0.924、0.725 及0.713；在验证组中，动脉期模型、静脉期模型、联合模型、BISAP 评分及MCTSI 评分的AUC 分别为0.835、0.781、0.887、0.702 及0.702。该结果表明各期影像组学模型在训练组和验证组中均具有良好的性能，联合模型在训练组和验证组中评估效能最高，均高于各单一期相组学模型及临床评分系统（BISAP评分及MCTSI评分），表明基于CT增强各期建立的影像组学模型效能均优于临床评分系统。详见表2。

表2 各模型在训练组及验证组中的预测效能

讨 论

胆源性急性胰腺炎是由各种胆道原因引起壶腹部阻塞或黏膜损伤水肿，胆汁逆流至胰管并激活胰酶，而导致胰腺组织的损伤，其严重程度不同决定了治疗方法的不同，且与预后有关［10］。影像组学对具有高通量特征的医学图像进行定量化分析，能更客观地反映病变的异质性，已广泛应用于胰腺疾病的诊断及预后分析中［11-12］。Hu 等［13］基于磁共振T2WI 序列影像组学特征中筛选的8 个纹理特征，建立的逻辑回归模型可预测急性胰腺炎的复发，且其预测效能优于临床模型。Lin 等［8］建立的支持向量机模型在预测急性胰腺炎严重程度中同样取得了较好的预测效能。上述研究结果均体现了影像组学模型在急性胰腺炎中的良好预测性能，但目前未有针对BAP 的详细研究。因此，本研究采用logistic 回归方法建立了基于增强CT 的影像组学模型，与两种临床评分系统相比影像组学模型在评估BAP 严重程度方面具有更好的性能。本研究的优势在于临床中BAP 的CT 图像较MRI图像更易获取，且建立了动静脉双期联合模型，可提高BAP 影像组学模型的评估性能。

在本研究中，坏死、并发症及胸腔积液/腹水的发生率在重症组与非重症组间比较差异均有统计学意义（P＜0.05）。先前研究表明胰腺坏死与器官衰竭和重症胰腺炎有关［14-15］，本研究也显示胰腺坏死在BSAP 组更常见，因在勾画靶区时包含坏死区，未将坏死纳入到临床模型；且并发症及胸腔积液/腹水也包含在2种评分系统中，故也未将并发症及胸腔积液/腹水纳入到临床模型中。其次在训练集和验证集中结石大小、单发/多发、类型等临床特征在NBSAP 组及BSAP 组间差异无统计学意义（P＞0.05），可能与样本量较少或随机分配造成的选择偏差有关。因此，本研究没有将上述临床信息作为危险因素单独建立临床评估模型。目前常用于评价AP 严重程度的评分系统主要有BISAP 评分及MCTSI 评分等，各评分都有独自的优缺点。BISAP评分最为便捷，但对器官功能衰竭的预测价值较差；由于AP 的坏死可能存在进展的过程，MCTSI 评分受限于增强CT 的选择时机，也不能更好地预测其严重程度。因此本研究计算了BISAP评分及MCTSI 评分并将其与影像组学模型比较，以期获得一个评估效能更好的评估模型。

本研究在经过特征降维筛选后，最终联合模型保留了9个组学特征（3个动脉期，6个静脉期最佳特征子集）。其中2 个直方图特征是最常用的的计算图像中像素不同灰度值出现的频率；6 个灰度共生矩阵特征反映图像灰度在不同步长，方向变化的整体信息；1 个灰度相关矩阵是从灰度共生矩阵中计算出来的，反映了图像局部灰度信息的相关性。本研究结果表明基于静脉期组学的预测模型效能优于动脉期的模型（AUC：0.876 vs 0.836），联合（动脉期+静脉期）组学模型的评估效能高于单一期相（AUC=0.924），且各期组学评估模型均高于临床评分系统（BISAP评分及MCTSI 评分），体现了多期相影像组学模型可提供更多的胰腺实质及其周围病变的信息，在评估BAP严重程度中更高的价值。

本研究局限性：①本研究纳入样本量较少，重症组与非重症组数据量较不平衡，可能存在一定程度偏移；②胰腺炎轮廓和周围炎症的手动勾画可能受临床医师的主观影响；③本研究纳入为单中心数据，患者群体和成像方法可能存在偏差。在今后研究中将采用多中心、大样本、标准化及前瞻性研究，以提高影像组学模型的预测性能。

总之，增强CT 影像组学模型可评估BAP 的严重程度，动静脉期联合模型具有更高的评估价值。影像组学作为一种定量分析方法，在BAP 严重程度的早期评估中具有潜在的临床价值。