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CT主动脉钙化分析预测腹主动脉瘤破裂风险的价值研究

2024-09-29 83 上传者：管理员

摘要：目的评估CT测定的主动脉钙化分析预测腹主动脉瘤（AAA）破裂的价值。方法回顾性分析2019年10月至2023年10月AAA破裂患者（破裂组）40例和未破裂患者（对照组）40例，采用单变量分析、机器学习和LASSO回归的多变量分析，使用单变量分析比较两组之间的主动脉钙化的数量和分散度，并通过机器学习和LASSO回归进行多变量分析。通过机器学习的AUC和回归的比值比来衡量性能。结果患者的年龄为（74.0±8.4）岁，在单变量分析中，与对照组相比，破裂组较少出现近端颈（45.0%vs. 75.0%,P<0.001）。两组动脉瘤的最大直径（80.8±17.6 vs. 79.0±17.3 mm,P=0.505）差异没有统计学意义。破裂组动脉瘤钙化数[（18.3±4.9） vs.(25.6±5.2),P<0.001]和钙化欧氏距离[（1.4±0.3） vs.(2.6±0.4),P<0.001]明显少于对照组。LASSO回归分析显示，近端颈部、抗血小板、降脂药物、钙化数和欧氏距离是数据集中最重要的变量。近端颈部（P=0.001,OR=0.239,95%CI:0.108～0.501））、钙化数（P=0.005,OR=0.299,95%CI:0.133～0.655）和钙化之间的欧氏距离（P=0.010,OR=0.363,95%CI:0.166～0.776），差异具有统计学意义，此外，抗血小板药和降脂药物也具有统计学意义（P<0.05）。结论破裂的AAA更容易出现少量且聚集的钙化。

关键词：
CT
主动脉钙化
机器学习
腹主动脉瘤
血管疾病
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腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm,AAA）是常见的血管疾病，其中男性患病率在1.9%至18.5%[1]。尽管其起病隐匿，但AAA破裂的致死率仍在80%～95%之间。既往预测AAA破裂的主要因素是AAA的最大直径（DMax)[2]，其他风险因素包括动脉瘤的扩张率、手术史、未控制的高血压和吸烟史等。然而，基于最大直径和性别的逻辑回归预测模型对预测破裂风险仅有60%的敏感度和77%的特异度（AUC 0.67)[3]。多项研究报道了破裂的其他潜在风险因素，如血清学标志物或主动脉硬化，但目前尚无理想指标，以供临床应用[4]。较差的预测破裂性能可能影响患者诊疗方案的选择，不利于患者预后的改善。因此，目前急需开发新的预测指标来提高AAA破裂预测的准确性。既往临床研究报道钙化可能是导致AAA破裂的因素，但此结论仍存在一定的争议[5]。此外，对比增强CT扫描是现阶段临床上评估AAA形态的主要手段[6]。因此，本研究的目的是评估对比增强CT测定的主动脉钙化是否能够预测AAA破裂，以期为AAA临床诊疗提供依据。

1、资料与方法

1.1一般资料

本研究经医院医学伦理委员会批准同意。回顾性分析2019年10月至2023年10月AAA破裂患者（破裂组）40例和未破裂患者（对照组）40例。纳入标准：(1)存在AAA;(2)CT资料完整。排除标准：(1)主动脉介入治疗史；(2)重要脏器严重器质性病变。收集患者人口统计学和临床资料。

1.2 CT扫描与数据分析

采用美国通用电器公司CT进行腹部CT增强或腹主动脉CTA扫描。钙化分割的Hounsfield单位（HU）密度阈值设置为500。所有扫描都是在动脉期阶段进行的，典型病例图见图1（腹主动脉瘤增强CT，瘤壁见多发条状、点状钙化和附壁血栓）。近端颈指的是肾动脉下方到AAA病变上部边界的相对正常血管，是评估制定AAA手术方案最重要的参数之一，当其宽度超过3 cm时定义为缺乏近端颈。AAA的最大直径是在垂直于中心线平面的主动脉的最大直径。通过ITK-SNAP软件进行钙化分割，通过MATLAB软件计算钙化数和欧氏距离。其中，欧氏距离是每个钙化点之间的平均距离，其代表钙化在整个动脉瘤中的分散度。欧氏距离小表示钙化相互靠近，反之亦然。

1.3机器学习分析

首先在模型中插入钙化数，从中获得分类后的5个最佳变量。所提取的变量是对分类影响最大的变量。使用5倍交叉验证。然后使用XGBoost重新计算5个变量。对数据集的所有操作都是使用Python中的Scikit-learn包执行的。为了优化模型参数，笔者对学习者的XGBoost模型编号进行了网格搜索，从10到210，步长为20，其相关深度从3到11。

1.4统计学方法

对连续变量采用Student t检验进行单变量分析，对不连续变量使用Pearsonχ2进行单变量分析。所有检验均为双侧检验，显著性值为P<0.05。对于第一个模型，拟合了LASSO回归，目的是为逻辑回归模型选择变量。最终模型是通过在LASSO回归中应用最优lambda参数来确定，该回归是通过在R中交叉验证获得。为了得出优势比的置信区间，在选定的协变量上拟合了一个普通的逻辑回归模型。对于逻辑回归，与零值相比，残差偏差越低，拟合越好。

2、结果

2.1一般资料

纳入研究患者年龄为（74.0±8.4）岁，其中男性72例（90.0%）。破裂组年龄（73.9±8.3）岁和对照组年龄（74.2±8.6）岁差异无统计学意义（P=0.826），合并症方面两组差异没有统计学意义（P>0.05）。对照组中接受β受体阻滞剂（60.0%,P=0.037）、抗血小板药物（80%,P=0.001）和降脂药（75.0%,P=0.006）治疗的患者比例更大（表1）。

2.2 AAA钙化分析

在单变量分析中，与对照组相比，破裂组较少出现近端颈（45.0%vs.75.0%,P<0.001）。两组动脉瘤的最大直径（80.8±17.6 vs.79.0±17.3 mm,P=0.505）差异没有统计学意义。破裂组动脉瘤钙化数（18.3±4.9 vs.25.6±5.2,<0.001）和钙化欧氏距离（1.4±0.3 vs.2.6±0.4,P<0.001）明显少于对照组（表2，图2）。在初始数据集上使用Extra Trees Classifier，分类得出的5个最重要的变量如下：近端颈部、抗血小板药物使用、钙化数、钙化之间的欧氏距离和欧氏距离的标准差。

表1患者一般资料

图1某腹主动脉瘤患者增强CT图像

2.3 LASSO回归分析

LASSO回归分析显示，近端颈部、抗血小板、降脂药物、钙化数和欧氏距离是数据集中最重要的变量（表3）。近端颈部（P=0.001,OR=0.239,95%CI:0.108～0.501）、钙化数（P=0.005,OR=0.299,95%CI:0.133～0.655）和钙化之间的欧氏距离（P=0.010,OR=0.363,95%CI:0.166～0.776），差异具有统计学意义，此外，抗血小板药和降脂药物也具有统计学意义（P<0.05）。

表2 AAA钙化分析

表3 LASSO回归分析

3、讨论

机器学习算法确定了与AAA破裂高度相关的五个变量，即近端颈部、抗血小板、降脂药物、钙化数量和钙化之间的欧氏距离。进一步，对同一数据集的后续LASSO回归分析结果显示近端颈部、抗血小板药物、降脂药物、钙化数量和钙化的欧氏距离显示出统计学差异，且在LASSO分析中，欧氏距离有增加的趋势。据此，笔者推测钙化在动脉瘤壁上更均匀地分布可以减少对其壁的应力。LASSO分析表明，近端颈部的存在可以防止破裂（OR=0.239,95%CI:0.108～0.501）。Hinchcliffe等[7]在他们的研究中发现，与破裂的AAA肾下颈部较短的结果相似。一项系统的文献综述报道，AAA长颈患者（>2.5 cm）的动脉瘤破裂率降低了20%[8]。本研究选择500 HU作为钙化阈值。该阈值较好地平衡了较高密度阈值的钙化侵蚀和较低阈值的血管内造影剂污染之间的均衡。在文献中，de Weert等还在增强CT扫描中使用500 HU阈值分别分离颈动脉和髂动脉钙化[9]。

图2对照组和破裂组钙化对比

本研究结果表明，破裂组的动脉瘤更有可能发生在钙化分布集中的病例中。目前，关于钙化和AAA破裂风险的文献很少，且存在争议。部分临床研究的结果表明，钙化可能具有保护作用。Nakayama等[10]对414名仅进行对比增强CT的患者进行了回顾性队列研究，在130 HU阈值下对其进行了分割，直径匹配的回归分析表明，AAA扩张与初次CT测量的AAA钙化指数呈负相关。另一方面，Buijs等[6]的研究结果表明钙化对AAA稳定性有有害影响。年龄和性别匹配的回归分析结果表明，腹主动脉钙化-8评分每增加一点，症状或破裂风险增加。在生物力学研究中，钙化的包含会在与血管壁的界面处引起应力集中。关于药物，笔者分析抗血小板和他汀类药物可能是防止破裂的保护剂。一项涵盖4000多名患者的荟萃分析证实了这一点，该分析表明他汀类药物治疗可能有效预防小AAA的生长，并且随着基线直径的增加，可能更有益。关于抗血小板对AAA破裂的影响的文献很少。尽管如此，还是有一项体内试验，对血管紧张素Ⅱ输注诱导的动脉瘤的小鼠给予ASA或P2Y12抑制剂。抗血小板给药可显著减少动脉瘤破裂。

本研究尚存局限性，主要局限性是患者群体的异质性，这可能是钙化变量标准差较大的主要原因。此外，机器学习算法容易过拟合。大多数AAA破裂的患者在破裂后都进行了CT扫描，破裂后颈部形状和最大直径变化可能会改变破裂区域钙化团之间的距离，这也可能造成偏倚。此外，还观察到破裂动脉瘤和未破裂动脉瘤在药物治疗（抗血小板和他汀类药物）方面存在显著差异，然而，这些治疗从未被证明可以改变AAA的预后。此外，本研究纳入人群规模较小，动脉瘤表面的钙化体积尚未校正，这是否对结果产生影响尚不清楚。因此本研究所得结论仍需大样本随机对照试验来验证。

综上所述，本研究提出了钙化是否影响AAA破裂的假设。为了进一步研究钙化与AAA破裂之间的关系，本研究证实破裂的AAA更容易出现少量且聚集的钙化，这一结果可为临床预测AAA的破裂及早期规划手术方案提供借鉴。

参考文献:

1曹泽辉,张奇梁,吴世群,等.胸腹主动脉瘤的开放与腔内治疗:并行与争议[J].中华胸心血管外科杂志,2023,39(10):634-640.

2刘和乾,陈志鹏,蔡晶,等.基于MSCTA显示的高密度血栓与腹主动脉瘤破裂相关[J].中国医学计算机成像杂志,2022,28(6):621-626.

4张楠,卜英臻,王效增,等.腹主动脉瘤破裂高危患者相关影响因素分析[J].创伤与急危重病医学,2022,10(4):262-266.

5陈茹,王海洋.腹主动脉瘤破裂危险因素的研究进展[J].中国普外基础与临床杂志,2021,28(12):1676-1680.

文章来源:陆荣成,陈浩,王巍,等.CT主动脉钙化分析预测腹主动脉瘤破裂风险的价值研究[J].浙江创伤外科,2024,29(09):1790-1793.