基于CT的全肝影像組學模型評價乙型肝炎肝纖維化分期的價值

潘麗雅 宋僑偉

在我國約1.2 億乙肝病毒攜帶者，而肝纖維化是乙肝病毒攜帶者的常見病理改變。乙型肝炎肝纖維化屬于慢性肝損傷的一種修復表現，是一個具有消退潛力的動態過程，若不及時治療，肝纖維化能夠發展為肝硬化，最后導致肝細胞肝癌［1］。對于肝纖維化的診斷金標準，主要是通過肝臟穿刺病理檢查［2］，但有創檢查限制其在臨床的應用。現階段，CT 評估作為一種無創影像學檢查方法已經廣泛用于腹部檢查，但依賴視覺角度的CT 圖像并不能評價肝纖維化分期［3］。近年來，影像組學技術作為一種大數據分析方法已經廣泛應用于影像學領域，其可以更深入挖掘及整合圖像信息，并能客觀評估圖像特征。本研究探討影像組學對乙型肝炎肝纖維化分期的評估價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2016 年6 月至2020 年2 月本院乙型肝炎患者100 例，男76 例，女24 例；年齡21~60（42.79±9.25）歲。納入標準：①有乙肝病史，血清HBsAg、HBV DNA 均陽性；②肝臟CT 檢查屬于肝纖維化；③臨床與病理資料完整。排除標準：①有丙肝病史和（或）血清HCV DNA 為陽性；②失代償期肝硬化；③鐵過載以及合并脂肪肝；④肝臟出現一個占位≥5 cm或多個占位；⑤圖像中存在偽影，對觀察產生影響。按7 ∶3 比例分為訓練組與驗證組，其中訓練組例，驗證組例。采用Scheuer-Ludwig 標準分析病理結果及血清學數據［4］，將肝纖維化分為S1 期34 例、S2 期41 例、S3 期16 例和S4 期9 例；炎癥活動度包括G1 級45 例、G2 級41 例、G3 級10 例和G4 級4 例。本項目經醫院倫理委員會的批準。

1.2 方法 （1）CT 掃描方法：選擇德國西門子的層SOMATOMDefinition ASCT。患者采用仰臥位，腳先進，掃描區間包括膈頂與肝臟下緣之間。掃描參數：選擇CAREDose4D 技術，管電壓為120 Kvp，質量參考取210 mAs，采用螺旋掃描方案，探測器準直128×0.6 mm，采集矩陣為512×512，螺距取1.35，掃描層厚度為5 m m， 層間距為5 m m， 掃描視野為5 0 0 mm×500 mm，層間距1 mm，重組層厚1 mm。（2）采集圖像特征以及構建影像組學標簽：在圖像處理軟件中添加肝臟信息的全部層面平掃圖像，然后進行圖像預處理，包括將圖像重采樣為1×1×2.5以及灰度值調整為32 灰階，之后由軟件進行三維全肝自動切割。之后將分割的肝臟文件由一名高年資放射醫師應用ITK-SNAP（www.itksnap.org）進行手動修正，以糾正自動分割錯誤的區域，然后把完成處理的全肝區域數據，添加到軟件中，再采用形態學特征、直方圖特征、灰度共生矩陣特征、哈拉利克特征與游程矩陣特征這個參數，來采集圖像特征。采用預處理方式處理所采集到的紋理特征，并將訓練組采用Spearman 相關性分析、選擇算子算法（LASSO）與最小絕對收縮方式，展開特征的降維處理，通過二元Logistic 回歸方式，建立其他特征的影像組學標簽，同時將其定義為影像組學纖維化指數模型（RFI）［5］，應用RFI 模型計算每個患者的分數值反映肝纖維化程度，并使用ROC 曲線分別在訓練組和測試組中用于評估劃分期與期的作用。同時效驗曲線評估模型的精確度。

1.3 統計學方法 采用SPSS 17.0 和R 軟件。符合正態分布計量資料以（±s）表示，t檢驗；偏態分布計量資料以M（Q1，Q3）表示，用秩和檢驗；計數資料以n表示。用χ2檢驗，選擇獨立樣本或者來對比計量數據。選擇R 軟“glmmet”軟件包運行算法，“rms”軟件包對列線圖進行創建，以及校準圖形。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者一般資料比較 見表1~2。

表1? 兩組患者一般資料比較

表2 兩組早期肝纖維化和中晚期肝纖維化的臨床特征比較

2.2 影像組學標簽的建立 每例患者共提取1,024 個紋理特征，經過方差分析和相關性分析后，選擇了20個特征建立預測特征的最優子集，最后通過LASSO 算法，降維處理最優子集，提取8 個最優特征，見圖1。基于LASSO 選取的特征構建了影像組學標簽。應用標簽方程，求解肝纖維化的預測分數，其數值在兩組間中差異有統計學意義（P<0.05），見圖2。

圖1 經過LASSO降維圖獲得8個特征

圖2 箱式散點圖

2.3 影像組學標簽評估 ROC 曲線分析顯示，影像組學標簽在訓練組和測試組中均表現出良好的預測效能，AUC 分別為0.81 和0.80，特異度分別為0.74 和0.71，敏感度分別為0.81 和0.75。對于訓練和驗證集，校準曲線的校準能力表現良好，進行影像組學標簽預測的肝纖維化分級與實際肝纖維化分級有良好一致性。而Hosmer-Lemeshow 檢驗結果表明，訓練集與驗證集內差異無統計學意義（P>0.05），表明擬合無偏差，見圖3。

圖3 ROC曲線圖

3 討論

在肝纖維化治療初期，如能夠準確判斷肝纖維化進程，這對后期治療非常關鍵。本研究結果表明，基于CT 的全肝影像組學模型評價乙型肝炎肝纖維化分期具有較大價值。

常規超聲、磁共振成像、CT 對于早期的肝纖維化診斷意義不大。目前，彈性成像屬于較為先進的一種成像技術，包括核磁共振彈性成像（MRE）與超聲瞬時彈性成像（TE）［6］，雖然MRE 優勢明顯，但缺點也較為突出，其對硬件的要求較高，耗時且費用昂貴。血清標記物具有重復性高、無創傷、適用區間大的特點，因此在臨床中廣泛應用，但其具有明顯的局限性。（1）對于中間程度的纖維化檢測精度，比肝硬化小。（2）由于肝特異度不足，較多因素都會對其產生影響。如血清直接標志物透明質酸鹽含量，與肝外纖維化區域、腎或肝衰竭以及餐后情況有關。

本研究在1,024 個影像組學特征內，選擇出有效影像組學特征，構建出影像組學標簽，其內部存在8 個影像組學特征。且這8 個影像組學特征均為游程矩陣特征與灰度共生矩陣特征，同時也是像素點空間分布的高階紋理，表明低階紋理不可以顯示出肝纖維化的分級。進一步提示高級紋理在肝纖維化分級中的臨床價值。在紋理特征內，涵蓋灰度直方圖特征、病灶的特征，灰度共生矩陣、自回歸模型特征、灰度梯度矩陣等。文獻［7］報道，通過紋理分析可以對肝纖維化進行評價。同時對于肝纖維化的分析，采用紋理微觀變化情況，可以劃分肝纖維化所對應的時期。LUBNER 等［8］研究認為，紋理特征的變化受到肝纖維化分期的影響，DAGINAWALA等［9］以肝臟門靜脈期CT 影像為基礎，選擇19 種紋理特征，可以對F0-2、F3-6、F0-3、F4-6、F0-4、F5-6肝纖維化時期進行區分。本研究證實了以上結論，即肝臟CT 的影像組學模型可以定量評估肝纖維化分期。

總之，基于CT 的全肝影像組學模型對臨床肝纖維化分期有一定的參考價值。該方法無需復雜的圖像處理，可能為肝纖維化的分期提供一種無創檢查方法，對臨床上治療和療效評估意義重大，值得在臨床中推廣。