肝硬化患者高危食管靜脈曲張列線圖預測模型的構建研究

郭茂東，胡亮，陳燕萍，施昕，葉曉華，王群英，張蕓蕓，丁進*

本研究的價值：

本研究采用列線圖構建了一個用于評估肝硬化患者高危食管靜脈曲張的預測模型。該列線圖預測模型將常見的血清學和影像學指標分值化，并具有可視化的特點，這將有助于臨床醫師在工作中簡便地篩選出具有高出血風險的肝硬化患者。此外，相對于傳統胃鏡檢查，本研究構建的列線圖預測模型具有無創、安全的優點，因此特別適用于存在胃鏡檢查禁忌證或拒絕胃鏡檢查的肝硬化患者。

食管靜脈曲張破裂出血是肝硬化門靜脈高壓最常見和最致命的并發癥。研究顯示，在肝硬化的自然病程中有40%～50%的患者存在食管靜脈曲張［1］，同時，每年約有8%的輕度食管靜脈曲張進展為出血風險較高的中重度食管靜脈曲張，食管靜脈曲張破裂出血的年發生率高達5%～15%［2-3］。臨床上針對食管靜脈曲張進行早期診斷和治療可使食管靜脈曲張破裂出血風險下降15%～50%［4］。

胃鏡是診斷食管靜脈曲張的金標準，也是評估其出血風險的有效指標，但胃鏡檢查不僅存在誘發出血的潛在風險，而且易受患者身體狀況和其他因素的影響，因此在臨床應用中受到一定限制［5］。近年來，針對肝硬化食管靜脈曲張無創預測指標的研究逐年增多，但不同研究的結論并不一致［6-10］。此外，目前國內外尚缺乏統一的預測肝硬化患者食管靜脈曲張的無創模型。為此，本研究基于常見的血清學和影像學指標，探索構建用于預測肝硬化患者高危食管靜脈曲張的列線圖模型，以期為甄別高出血風險人群、早期制定更有針對性的干預對策提供參考依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2018年1月至2020年10月在浙江大學醫學院附屬金華醫院確診為肝硬化的患者為研究對象。肝硬化的診斷標準依據2019年中華醫學會肝病學分會制定的《肝硬化診治指南》［11］，并經臨床、實驗室、影像學或病理組織學等檢查確立診斷。排除標準：（1）合并感染、心功能不全、腎衰竭、惡性腫瘤、布加綜合征、血液系統疾病；（2）既往曾行脾切除手術、外科斷流或分流術、經頸靜脈肝內門體分流術、內鏡下套扎或組織膠硬化劑注射術；（3）近3個月有消化道大出血病史；（4）近3個月有血制品輸注史；（5）碘造影劑過敏。最終共納入肝硬化患者204例，其中男147例，女57例；年齡31～84歲，平均年齡（58.1±10.7）歲；乙型肝炎（簡稱為乙肝）后肝硬化132例，酒精性肝硬化45例，丙型肝炎（簡稱為丙肝）后肝硬化15例，自身免疫性肝硬化9例，隱源性肝硬化3例。患者均簽署知情同意書。本研究獲得浙江大學醫學院附屬金華醫院倫理委員會批準〔編號：（2017）倫審第（283）號〕。

1.2 方法

1.2.1 無創實驗室檢查指標的收集 收集肝硬化患者入院24 h內的實驗室檢查指標，包括血常規、生化指標、凝血功能指標，同時計算丙氨酸氨基轉氨酶（ALT）與天冬氨酸氨基轉移酶（AST）比值（AAR，AAR=AST/ALT）、AST與血小板計數（PLT）比值指數〔APRI，APRI=AST/ULN×100/PLT（×109/L）〕、 基于4因子的肝纖維化指標〔FIB-4，FIB-4=（年齡×AST）/PLT×ALT1/2〕。

1.2.2 胃鏡檢查 采用日本Olympus GIF-260電子胃鏡進行檢查。內鏡診斷參照2016年發布的《肝硬化門靜脈高壓食管胃靜脈曲張出血的防治指南》［12］。若存在食管靜脈曲張，則描述曲張靜脈的部位、形態以及紅色征情況，并根據曲張靜脈的形態、程度及出血風險分為輕、中、重度。輕度（G1）為食管靜脈曲張呈直線形或略有迂曲，無紅色征；中度（G2）為食管靜脈曲張呈直線形或略有迂曲，有紅色征或食管靜脈曲張呈蛇形迂曲、隆起但無紅色征；重度（G3）為食管靜脈曲張呈蛇形迂曲、隆起且有紅色征或食管靜脈曲張呈串珠狀、結節狀或瘤狀（不論是否有紅色征）。中度及重度食管靜脈曲張因出血風險高而被定義為高危組，無或輕度食管靜脈曲張定義為低危組［13］。

1.2.3 影像學檢查指標 應用Phillips 256層螺旋CT（Brilliance iCT）掃描儀進行腹部增強掃描。掃描參數：管電壓120 kV，管電流200 mAs，螺距1，層厚5 mm，間隔5 mm。三期動態增強掃描采用高壓注射器經肘靜脈團注射碘海醇，注射速率為3 ml/s，劑量為1.5 ml/kg，分別于 20～25 s、60～70 s、300 s進行動脈期、門脈期、延遲期掃描，掃描范圍為從肝頂至恥骨聯合下緣水平。掃描后，選擇門脈期重建層厚1 mm的原始圖像，在工作站進行圖像后處理，采用最大密度投影法進行側支循環血管的三維重建。對每份重建圖像均仔細觀察門靜脈及腸系膜上靜脈血栓情況，測量門靜脈、門靜脈左支、脾靜脈、胃左靜脈內徑以及脾厚徑、長徑、上下徑等指標。根據脾臟各條徑線計算脾指數（SI，SI=脾厚徑×長徑×上下徑）。門靜脈內徑測量點選擇脾靜脈與腸系膜上靜脈匯合處以上2 cm處。門靜脈左支測量點選擇在距門靜脈主干1.0～1.5 cm處。胃左靜脈內徑在匯入門靜脈或脾靜脈終點上2 cm內最寬處測量。脾靜脈內徑在其中點測量。脾臟徑線測量包括脾厚徑：脾門中心層面之脾內緣至脾外緣的最短徑；脾長徑：脾門中心層面脾的最長徑（前后直線）；脾上下徑：脾上緣至脾下緣的垂直距離。所有指標測量3次取平均值。

1.3 統計學方法 采用R軟件進行統計學分析。符合正態分布的計量資料以（±s）表示，兩組間比較采用成組t檢驗；不符合正態分布的計量資料以M（P25，P75）表示，兩組間比較采用非參數檢驗。計數資料以相對數表示，兩組間比較采用χ2檢驗。采用R軟件的glmnet包進行LASSO回歸，并采用十折交叉驗證法篩選最佳風險預測因子子集。根據LASSO回歸結果，采用多因素Logistic回歸模型確定高危食管靜脈曲張的風險預測因子，并用rms包構建預測高危食管曲張靜脈的列線圖模型。通過受試者工作特征（ROC）曲線下面積評估列線圖預測模型的預測能力。采用Bootstrap法重復抽樣1 000次對列線圖預測模型進行內部驗證，計算一致性指數（C-index）以評估列線圖預測模型的區分度，其中C-index≤0.5表示沒有任何區分度，0.5＜C-index≤0.7表示區分度差，0.7＜C-index≤0.9表示區分度中等，C-index＞0.9表示區分度較高。繪制校準曲線以評估列線圖預測模型的校準度。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 肝硬化高危食管靜脈曲張和低危食管靜脈曲張患者間的臨床特征比較 204例患者中低危組92例，高危組112例。低危組和高危組性別、年齡、肝硬化類型、活化部分凝血活酶時間（APTT）、總膽紅素、直接膽紅素、間接膽紅素、AAR、堿性磷酸酶、高密度脂蛋白比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）；低危組和高危組腹腔積液嚴重程度、門靜脈血栓發生率、肝功能分級、PLT、血小板分布寬度、凝血酶原時間（PT）、凝血酶原活動度（PTA）、國際標準化比值（INR）、凝血酶時間（TT）、總蛋白、白蛋白、白蛋白/球蛋白、ALT、AST、γ-谷氨酰轉肽酶（γ-GT）、三酰甘油、總膽固醇、低密度脂蛋白、門靜脈內徑、門靜脈左支內徑、脾靜脈內徑、胃左靜脈內徑、脾厚徑、脾長徑、脾上下徑、SI、FIB-4、APRI比較，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 低危組和高危組臨床特征比較Table 1 Comparison of clinical characteristics between cirrhosis patients with low- and high-risk esophageal varices

2.2 風險預測因子的選擇及預測模型的構建和應用

以食管靜脈曲張出血風險（低危和高危）為因變量，共納入38個自變量。由于不同自變量之間存在一定相關性，因此進行降維處理，并篩選出最具代表性的高危食管靜脈曲張預測因子，對所有自變量進行LASSO回歸分析，由圖1A可知，隨著懲罰系數λ的變化，模型初始納入的自變量的系數被逐步壓縮，最后部分自變量系數被壓縮為0，避免了模型過度擬合。為尋找最佳懲罰系數λ、使模型性能優良且影響因素最少，選擇十折交叉驗證法中誤差最小λ+1（0.084）作為最優值。最終篩選出胃左靜脈內徑、PLT、脾厚徑、腹腔積液4個預測高危食管靜脈曲張的自變量（圖1B）。

圖1 采用LASSO回歸進行臨床特征的篩選Figure 1 Selection of potential predictors by the least absolute shrinkage and selection operator（LASSO） regression

將上述4個自變量（賦值見表2）進一步納入Logistic回歸模型，結果表明胃左靜脈內徑、PLT、脾厚徑、腹腔積液是高危食管靜脈曲張的獨立風險預測因子（表3）。采用R軟件對4個獨立風險預測因子構建列線圖預測模型（圖2），根據列線圖預測模型，隨著腹腔積液增多、PLT下降以及脾厚徑、胃左靜脈內徑增大，肝硬化患者并發高危食管靜脈曲張的風險上升（表4）。4個獨立風險預測因子取值向上投射至列線圖頂端的積分線上可得到相應的積分，隨后將所有獨立風險預測因子的積分相加得到總分，進而通過總分線可以在列線圖底部的預測線上得到肝硬化患者高危食管靜脈曲張概率的預測值。例如，某肝硬化患者為中度腹腔積液，PLT 80×109/L，脾厚徑50 mm，胃左靜脈內徑6 mm，由列線圖模型計算該患者高危食管靜脈曲張的總評分為13.75+30+15+22.5=81.25分，根據圖2預測該患者并發高危食管靜脈曲張的概率約為90%。

圖2 肝硬化患者高危食管靜脈曲張的列線圖Figure 2 Nomogram for predicting high-risk esophageal varices in cirrhosis patients

表2 肝硬化患者食管靜脈曲張出血風險預測因子的多因素Logistic回歸分析賦值表Table 2 Assignment for factors possibly associated with esophageal variceal bleeding in cirrhosis patients analyzed by multivariate Logistic regression analysis

表3 肝硬化患者食管靜脈曲張出血風險預測因子的多因素Logistic回歸分析Table 3 Multivariate Logistic regression analysis for factors associated with esophageal variceal bleeding in cirrhosis patients

表4 列線圖預測模型中各變量對應的分值Table 4 Corresponding score of each variable in the nomogram

2.3 列線圖預測模型的評價 應用ROC曲線分析列線圖預測模型預測高危食管靜脈曲張風險的能力，曲線下面積為0.949〔95%CI（0.921，0.978）〕（圖3），表明該模型的預測價值高。使用Bootstrap法對列線圖預測模型進行內部驗證，自抽樣次數1 000次，結果顯示，內部驗證的C-index為0.951，提示該模型的區分度較高。該模型的校準圖顯示預測值與實際觀測值之間具有良好的一致性（圖4）。

圖3 列線圖預測模型預測肝硬化患者高危食管靜脈曲張的ROC曲線Figure 3 ROC curve of the nomogram for the prediction of high-risk esophageal varices in cirrhosis patients

圖4 列線圖預測模型的校準曲線Figure 4 Calibration curve of the nomogram

3 討論

肝硬化患者一旦發生食管靜脈曲張破裂出血則病死率極高，因此準確預測肝硬化患者食管靜脈曲張破裂出血風險對改善患者預后和降低病死率具有重要意義。列線圖是一種基于Logistic回歸模型的用于臨床事件個體化風險預測分析的統計學模型，其通過各種危險因素量化臨床事件發生風險，并將相關危險因素圖形化呈現，可以簡便地獲得臨床事件的風險概率值［14］。目前，列線圖已廣泛應用于惡性腫瘤［15］、心肌梗死［16］、急性胰腺炎［17］等疾病的發病風險評估和預后分析，但在預測肝硬化患者高危食管靜脈曲張方面的研究甚少。本研究在既往文獻報道的基礎上全面納入可能影響肝硬化患者食管靜脈曲張嚴重程度的因素，構建了預測肝硬化患者高危食管靜脈曲張的列線圖預測模型，并經內部驗證證實具有較高的精度和良好的校準度，是一個可以對肝硬化患者高危食管靜脈曲張進行有效評估的預測模型。

本研究構建的列線圖預測模型包含胃左靜脈內徑、PLT、脾厚徑、腹腔積液4個獨立風險預測因子。胃左靜脈起源于門靜脈主干、脾靜脈或門脾靜脈交匯處，是門靜脈側支循環中最主要的血管，與食管靜脈曲張破裂出血的發生、發展密切相關［18］。本研究表明胃左靜脈內徑是肝硬化患者高危食管靜脈曲張的獨立預測因子。隨著胃左靜脈管徑增寬，肝硬化患者并發高危食管靜脈曲張的風險增大，這與秦將均等［19］研究結論基本相符。梁曉春等［20］認為當胃左靜脈內徑＞6.5 mm時，其診斷食管靜脈曲張出血的靈敏度為63%，特異度為80%。由于胃左靜脈是食管曲張靜脈的主要供血來源，因此，臨床上采用胃左靜脈內徑預測門脈高壓較采用其他側支循環參數具有更高的參考價值。血小板是人體血液的重要組成部分，在止血、凝血等方面起著重要的作用。門脈高壓患者常因脾功能亢進而導致PLT下降。盡管既往研究已表明PLT單獨預測食管靜脈曲張的診斷價值有限，但其作為常見的實驗室指標在多指標聯合診斷中仍具有重要意義［21］。英國胃腸病學會肝臟分會2015年發布的《BavenoⅥ共識》［22］指出，當PLT＞150×109/L時，結合肝臟硬度＜20 kPa，可排除高危食管靜脈曲張，這使患者減少或避免了上消化道內鏡檢查。本研究列線圖預測模型將PLT轉化為具體的風險分值，有助于臨床工作中分析PLT對肝硬化患者高危食管靜脈曲張的影響。脾臟大小是間接反映門靜脈壓力的重要指標，其不僅與門靜脈壓有關，亦受肝硬化病因的影響。螺旋CT因具有重復性好、誤差小的特點而被認為是臨床評價脾臟大小的最佳檢查方法［23］。本研究表明脾厚徑是肝硬化患者高危食管靜脈曲張的獨立預測因子，與既往文獻報道一致［24-25］。國內學者曾報道脾長徑、SI與中重度食管靜脈曲張相關，這在本研究中未得到證實［13，26］，推測其原因可能與脾臟測量方法不同或納入的肝硬化患者類型不同有關。腹腔積液是各種類型失代償期肝硬化患者常見的臨床表現，而門脈高壓是腹腔積液形成的主因和始動因素。本研究結果顯示，隨著腹腔積液嚴重程度的增加，肝硬化患者高危食管靜脈曲張的風險增加，其中輕度、中度和重度腹腔積液分別可使列線圖預測模型分值增加8、16、24分。值得注意的是，由于肝硬化患者腹腔積液狀況易受感染、消化道出血、藥物等因素影響，因此臨床上采用列線圖預測高危食管曲張靜脈時，應注意排除上述因素的影響。

總之，本研究基于胃左靜脈內徑、PLT、腹腔積液以及脾厚徑4項指標首次構建了預測肝硬化患者高危食管靜脈曲張的列線圖預測模型，并能夠甄別高危食管靜脈曲張患者，有助于臨床醫師對肝硬化患者特別是內鏡檢查依從性差者進行及時有效的干預。需要指出的是，本研究還存在一定局限性：首先，作為一項單中心、回顧性研究，本研究在質量控制、數據采集等方面可能存在偏倚；其次，由于本研究納入的樣本量較小，故未能使用獨立的樣本對構建的列線圖預測模型進行外部驗證，需要在后續多中心、大樣本研究中進一步證實。

作者貢獻：郭茂東、丁進進行文章的構思與研究的設計；陳燕萍、施昕進行研究的實施與可行性分析，負責文章的質量控制及審校；胡亮、王群英、張蕓蕓進行數據收集；郭茂東、胡亮、王群英、張蕓蕓進行數據整理；郭茂東、葉曉華進行統計學處理；陳燕萍、丁進進行結果的分析與解釋；郭茂東撰寫論文；施昕、葉曉華進行論文的修訂；丁進對文章整體負責，監督管理。

本文無利益沖突。