灰階超聲影像組學鑒別診斷皮下組織血管瘤與卡波西型血管內皮瘤

牛雅寧，于一行，龔毓賓，董 健，趙 婧，胡文笳，董長憲，劉秋雨，吳 剛*

(1.河南大學人民醫院 河南省人民醫院超聲科，2.血管瘤科，3.醫學影像科，4.病理科，河南 鄭州 450003)

皮下組織血管瘤(hemangioma, HE)是臨床常見脈管源性腫瘤，好發于嬰幼兒，預后多較好；其常見類型包括嬰幼兒血管瘤(infantile hemangioma, IH)和先天性血管瘤(congenital hemangioma, CH)?？úㄎ餍脱軆绕ち?Kaposiform hemangioendothelioma, KHE)為發生于皮下軟組織或臟器局部的侵襲性腫瘤，好發于兒童、尤其嬰幼兒，預后不佳，死亡率高達12%～30%[1-4]。HE與KHE影像學表現存在重疊，但預后差異較大，因此鑒別診斷極為重要。本研究觀察基于灰階超聲影像組學特征構建的模型用于鑒別皮下組織HE與KHE的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2014年10月—2022年2月河南省人民醫院143例皮下組織HE患兒(HE組)，男45例，女98例，年齡15天～5歲，中位年齡4個月；共158處病灶，129例1處、13例2處及1例3處病灶，位于頭頸部67處、軀干65處、四肢26處。收集同期70例KHE患兒(KHE組)，男31例，女39例，年齡9天～3歲，中位年齡3個月；共94處病灶，包括51例1處、15例2處、3例3處及1例4處病灶，位于頭頸部34處、軀干28處、四肢32處。納入標準：①根據國際血管瘤和脈管畸形研究學會(International Society for the Study of Vascular Anomalies, ISSVA)血管瘤和脈管畸形診治指南2018版[3-4]確診；②接受超聲檢查且留存圖像清晰；③可從灰階超聲圖像中獲取目標病灶最大直徑切面；④臨床資料完整。排除標準：①病灶徑線過大，超過探頭最長徑(5.6 cm)；②病灶位置過于表淺，根據外觀即可確診；③曾接受相關手術或硬化治療。本研究獲得醫院倫理委員會批準。

1.2 儀器與方法 由1名具有10年超聲工作經驗的主治醫師采用Siemens S3000、ACUSON Sequoia超聲診斷儀、頻率6～18 MHz 18L6線陣探頭進行檢查。根據病灶位置選擇體位，充分暴露受檢部位，將探頭輕置于病灶處皮膚，腫塊隆起時厚涂耦合劑；將病灶置于視野中央，調至合適增益，采用高頻灰階成像多切面觀察病灶位置、范圍、邊界及內部回聲等，并以CDFI記錄其內血流信號；最后將顯示病灶最大徑切面的灰階聲像圖存于超聲儀器硬盤，導出格式為DICOM 3.0。

1.3 提取特征及建立模型 由另1名具有10年超聲工作經驗的主治醫師和1名具有20年超聲工作經驗的副主任醫師采用MRIcroGL沿聲像圖所示病灶邊緣勾畫ROI(圖1)，并以Python 3.7.1中的Pyradiomics工具包提取ROI的影像組學特征。采用Python 3.7.1對特征數據進行歸一化和標準化，以最小絕對收縮和選擇算法(least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)降維篩選最優特征，建立支持向量機(support vector machine, SVM)模型；按7∶3比例將252處病灶隨機分為訓練集(n=176)和驗證集(n=76)。

圖1 獲取聲像圖中皮下組織HE和KHE的ROI A.灰階聲像圖顯示皮下組織HE； B.分割 HE病灶ROI； C.灰階聲像圖示KHE； D.分割KHE病灶ROI

1.4 統計學分析 采用SPSS 23.0統計分析軟件。以±s表示服從正態分布的計量資料，組間行獨立樣本t檢驗；以中位數(上下四分位數)表示非正態分布的計量資料，組間行Mann-WhitneyU檢驗。以χ2檢驗比較計數資料。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線，采用DeLong檢驗比較曲線下面積(area under the curve, AUC)，評價SVM模型診斷效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床資料 HE組與KHE組患兒性別及年齡差異均無統計學意義(P均>0.05)，而病灶部位與血小板計數差異均有統計學意義(P均<0.05)。HE組頭頸部及軀干病灶數目均多于四肢(P均<0.05)；KHE組各部位病灶數目差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 皮下組織HE和KHE患兒臨床資料比較

2.2 提取及篩選影像組學特征 共提取2組951個影像組學特征，剔除185個后剩余766個，經降維最終選取22個系數非零的穩定特征，包括9個GLSZM、6個GLCM、4個firstorder、2個NGTDM及1個GLRLM。見圖2。

圖2 篩選影像組學特征 A.以基于成本函數的十折交叉驗證選擇LASSO模型中的調優參數λ； B.基于LASSO構建模型的變量選擇22個系數非零的穩定影像組學特征； C、D.22個影像組學特征的權重圖(C)和熱圖(D)

2.3 建立模型

2.3.1 影像組學模型 基于22個影像組學特征建立的影像組學模型鑒別訓練集皮下組織HE與KHE的AUC、準確率、敏感度、特異度、陽性預測值及陰性預測值分別為0.91[95%CI(0.89，0.93)]、91.41%、83.20%、93.92%、95.79%及89.00%；用于驗證集分別為0.85[95%CI(0.83，0.87)]、90.78%、79.32%、97.90%、96.71%及88.68%。見圖3A、3B。

2.3.2 聯合模型 基于2個臨床特征(病灶部位、血小板計數)和22個影像組學特征建立的聯合模型鑒別訓練集皮下組織HE與KHE的AUC、準確率、敏感度、特異度、陽性預測值及陰性預測值分別為0.94[95%CI(0.92，0.96)]、94.33%、90.77%、96.38%、94.23%及94.90%；用于驗證集分別為0.90[95%CI(0.88，0.92)]、92.14%、85.69%、95.76%、93.33%及92.30%。見圖3C、3D。

圖3 影像組學模型和聯合模型鑒別診斷皮下組織HE與KHE的ROC曲線 A.影像組學模型用于訓練集； B.影像組學模型用于驗證集； C.聯合模型用于訓練集； D.聯合模型用于驗證集

聯合模型鑒別診斷皮下組織HE與KHE的AUC均大于影像組學模型(P均<0.05)，見表2。

表2 影像組學模型與聯合模型鑒別診斷皮下組織HE與KHE的效能

3 討論

HE為良性血管腫瘤；皮膚表面HE多因患兒出生后發現皮膚鮮紅色或紫紅斑塊而就診，臨床易于診斷；但皮下組織HE并無特異性皮損表現，多需結合影像學檢查。研究[5-7]顯示，HE超聲表現因病灶累及皮膚深度不同而有所差異：僅累及皮膚層的HE呈低回聲，累及皮下脂肪層或更深層組織者多呈不均勻高回聲，同時累及皮膚全層或真皮深層及皮下組織者多呈不均勻混合回聲。

KHE是局部侵襲性腫瘤，約占血管腫瘤的2%，外觀呈紫紅色結節或斑塊[3]；部分KHE增長速度較快，可見患者血小板嚴重減少、繼發性纖維蛋白原和凝血因子消耗等表現，即卡-梅現象(Kasabach-Merritt phenomenon, KMP)。KHE內部可見成團的梭形內皮細胞及高度紆曲擴張的微血管，以及大量發育不良的狹窄管腔，其中充滿紅細胞，類似卡波西肉瘤，且邊緣伴隨惡性腫瘤常見的間質反應[4,8]；這種復雜的病理表現導致其超聲表現多樣。文獻報道[9-11]KHE超聲多表現為高低混雜的不均勻混合回聲，邊界不清，以低回聲為主，部分內可見管腔樣無回聲。皮下組織HE與KHE患兒好發年齡及超聲特征相似，醫師僅根據病史和查體難以鑒別；但HE后期可自行消退，以藥物治療為主，而KHE具有局部侵襲性、預后差，需及時干預以控制疾病進展。

影像組學將視覺影像信息轉化為深層次特征以進行量化研究，從而為臨床診斷提供重要依據[12]。脈管源性疾病的術前診斷多基于臨床和常規超聲，且依賴于醫師經驗；而影像組學較為客觀，不受操作者主觀影響。既往關于淺表軟組織腫瘤的影像組學研究[13-15]多基于CT和MRI：如DING等[13]建立MRI SVM模型，并發現其用于鑒別診斷KHE與纖維脂肪血管異常的效能較佳，在訓練集和驗證集中的AUC分別為0.807[95%CI(0.602，1.000)]和0.846[95%CI(0.659，1.000)]；還有研究[14-15]表明放射影像組學模型用于鑒別良惡性軟組織腫瘤、評估療效及預測生存期具有一定價值。相較于CT、MRI，超聲具有經濟、便捷、安全無輻射等優點，但其影像組學用于診斷軟組織腫瘤相關研究相對少見。

本研究提取皮下組織HE和KHE的灰階超聲影像組學特征，并通過降維篩選去除冗余特征，以防止數據過擬合、提高模型穩定性，最終篩選出22個最優特征；其中，絕大多數屬于紋理特征，表明紋理特征具有良好的分類作用。訓練集及驗證集中，基于22個影像組學特征建立的影像組學模型鑒別診斷皮下組織HE與KHE的AUC分別為0.91[95%CI(0.89，0.93)]及0.85[95%CI(0.83，0.87)]，表明超聲影像組學特征鑒別診斷效能較佳；而基于2個組間差異具有統計學意義的臨床特征和22個影像組學特征建立的聯合模型鑒別診斷的AUC分別為0.94[95%CI(0.92，0.96)]及0.90[95%CI(0.88，0.92)]，其效能優于影像組學模型，表明超聲影像組學特征進一步聯合臨床特征可提高其診斷價值。此外，本研究2個組間差異具有統計學意義的臨床特征為病灶部位和血小板計數；其中，皮下組織HE多位于頭頸部及軀干，KHE病灶分布差異則無統計學意義；而HE患兒凝血功能多正常，但部分KHE患兒可合并KMP[3]，故血小板計數存在差異。然而，有學者[11]認為HE多發于頭頸部、KHE多發于四肢；可能與樣本量差異有關。

本研究主要局限性：①小樣本、單中心研究；②僅針對病灶單一切面進行影像組學研究，無法客觀反映病灶整體結構特征；③僅針對灰階圖像進行分析，具有片面性，未來可納入血流信號、彈性成像、造影或其他相關檢查，進行多模態研究，構建更穩健的模型，觀察其診斷效能。

綜上所述，灰階超聲影像組學鑒別診斷皮下組織HE與KHE的效能較佳，進一步聯合臨床特征可提高其診斷效能。