多模態超聲影像組學聯合實驗室指標對缺血性腦卒中進展的預測價值

鄒金秀 李紹東

流行病學顯示,腦卒中是全球第二大致死性疾病,我國腦卒中患病率為1 596/10萬,年發病率為345.1/10萬,2017年因腦卒中所致傷殘調整壽命年達2 010/10萬人,2018年腦卒中死亡人數高達157萬[1-2]。急性缺血性腦卒中(CIS)是最常見的腦卒中類型,發病率占全部腦卒中的80%～85%,多由血管阻塞、痙攣等原因造成腦部血流不暢,從而誘發的腦組織缺氧缺血性壞死[3]。進展性缺血性腦卒中(PIS)通常指CIS發病后6 h～7 d內患者神經功能缺損癥狀呈階梯式或持續性趨勢加重的過程,梗死面積擴大會帶來嚴重的神經功能障礙,具有致殘率高、致死率高等特點[4-5]。因此,臨床應早期識別、早期診斷PIS,并積極防治,以改善患者預后。目前,臨床診斷PIS多以影像學手段為主,CT在識別后循環缺血與小梗死病灶方面靈敏度低、顱腦MRI檢查時間長且禁忌證多,難以在基層醫院普及。多模態超聲影像組學包括彩色多普勒超聲(CDUS)、超聲造影(CEUS)、剪切波彈性成像技術(SWE)等超聲技術,從多模態超聲組學數據中篩選出多個特征數據,并建立特征組合模型,有助于更真實地反映疾病的全貌[6-7]。基于此,本研究分析基于CDUS、CEUS、SWE的多模態超聲影像組學聯合血清實驗室指標對PIS發生的預測價值,旨在幫助臨床篩選高危人群。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2019年8月至2023年5月就診于徐州醫科大學附屬醫院的100例急性腦卒中患者,其中男56例,女44例;年齡35～79歲,平均年齡(57.98±1.62)歲;體重指數(BMI)(23.48±1.82)kg/m2;疾病類型:高血壓46例,糖尿病34例,冠心病36例,吸煙41例。根據發病6 h至7 d內患者美國國立衛生院卒中量表(NIHSS)[8]評分增加是否≥2分將患者分為NPIS組(NIHSS評分增加<2分)59例、PIS組(NIHSS評分增加≥2分)41例。2組性別比、年齡、BMI、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)及合并高血壓、糖尿病等比較,差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 2組一般資料比較

1.2 納入與排除標準

1.2.1 納入標準:①符合急性腦卒中診斷標準[9];②經顱腦CT或MRI證實存在新發缺血性病灶;③發病24 h內入院,未接受血管內治療或溶栓治療;④自愿于知情書上簽字;⑤病情加重時復查顱腦CT未見出血改變。

1.2.2 排除標準:①既往曾經接受頸動脈內膜剝脫手術、頸部放射治療;②患者遺留明顯的神經功能缺損癥狀;③既往1年內患者有出血傾向、活動性出血史或者合并慢性失血性貧血、血液系統疾病;④入組前1個月內存在著嚴重創傷、炎癥感染史、燒傷情況;⑤伴有自身免疫性疾病、心肌梗死、顱內出血、頻發惡性心律失常、惡性腫瘤;⑥妊娠期或哺乳期;⑦有明確栓子來源的腦栓塞患者。

1.3 方法

1.3.1 多模態超聲影像組學檢查:①CDUS與CEUS:儀器選用EPIQ7型彩色多普勒超聲診斷儀(飛利浦公司制造),L12-3線陣探頭,患者取仰臥位,充分暴露頸部,在二維模式下測定患者斑塊長度、斑塊厚度、斑塊回聲(均質低回聲伴高回聲纖維帽為Ⅰ型,以低回聲為主并伴<25%面積高回聲為Ⅱ型,均勻回聲為Ⅲ型,高回聲為主并伴<25%面積低回聲為Ⅳ型)、斑塊表面形態。將59 mg Sono Vue(意大利 Bracco Suisse SA公司生產)溶解于5 mL 0.9%氯化鈉溶液中并混勻,經肘靜脈團注Sono Vue溶液(劑量為1.6 mL),立即用5 mL 0.9%氯化鈉溶液沖管,同步開啟實時超聲造影模式,測量平均渡越時間(MTT)、峰值強度比值(P)、達到峰值時間(tP),并觀察斑塊內新生血管分級[頸動脈斑塊內未見微氣泡為0型,頸動脈斑塊肩部和(或)斑塊外膜側見1～2條線狀增強或1～4個點狀增強為Ⅰ型,>2條線狀增強或>4個點狀增強為Ⅱ型]。②SWE:儀器選用Aixplorer型超聲診斷儀器(法國聲科影像公司制造),L18-4線陣探頭,于二維模式下確定斑塊形態、斑塊位置,并在探頭長軸與斑塊長軸平行的同時,按下“SWE”按鈕啟動彈性成像模式,根據斑塊大小選擇多個感興趣區域Q-BOX,測量斑塊對應的最小楊氏模量值(Min YM)、最大楊氏模量值(Max YM)、平均楊氏模量值(Mean YM)。

1.3.2 實驗室指標檢查:采集患者入院24 h內3 mL空腹靜脈血,離心10 min后保存待測。免疫比濁法(試劑盒購自上海榕柏生物技術有限公司)、膠乳法(試劑盒由西門子提供)檢測hs-CRP水平,全自動生化分析儀(型號:PUZS-300,廠家:上海帝博思生物科技有限公司)測定TG、LDL-C、HDL-C水平。

2 結果

2.1 2組CDUS測量結果比較 2組斑塊長度、斑塊厚度、斑塊回聲比較,差異無統計學意義(P>0.05);PIS組斑塊表面形態不規則高于NPIS組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組CDUS測量結果比較

2.2 2組CEUS測量結果比較 PIS組P與斑塊內新生血管分級Ⅱ型占比高于NPIS組,差異有統計學意義(P<0.05);PIS組tP、MTT低于NPIS組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 2組CEUS測量結果比較

2.3 2組SWE測量結果比較 PIS組Max YM、Min YM、Mean YM高于NPIS組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表4。

表4 2組SWE測量結果比較 kPa,

2.4 2組血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB水平比較 PIS組hs-CRP、hs-CRP/ALB高于NPIS組,ALB低于NPIS組(P<0.05)。見表5。

表5 2組血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB水平比較

2.5 Logistic回歸分析及預測模型構建 PIS組與NPIS組間差異有統計學意義的檢測指標作為自變量,并賦值,將PIS發生狀況作為因變量(1=PIS,0=NPIS),經Logistic回歸分析,結果顯示,斑塊表面形態不規則、P、Max YM、Min YM、Mean YM、hs-CRP、hs-CRP/ALB是PIS發生的危險因素(OR=9.569、1.297、1.082、1.299、1.142、3.797、4.231,P<0.05),tP、MTT、ALB是保護因素(OR=0.733、0.871、0.667,P<0.05),帶入回歸方程可得:Logit(P)=-6.169+9.569X1+1.297X3+0.733X4+0.871X5+1.082X6+1.299X7+1.142X8+3.797X9+0.667X10+4.231X11。見表6、7。

表6 主要自變量賦值

表7 PIS的多因素回歸分析

2.6 模型驗證 根據Logistic回歸分析得到回歸方程,將其計算得到預測概率作為檢驗變量,將PIS發生狀況作為狀態變量(1=PIS,0=NPIS),繪制ROC曲線結果顯示,基于Logistic回歸模型的預測概率預測PIS發生的AUC為0.988(95%CI:0.972～1.000),P=0.000,預測價值高,模型可靠、穩定。見圖1。

圖1 PIS預測模型的ROC曲線

2.8 典型病例 見圖2～4。

圖2 0型,頸動脈前壁斑塊內未見造影劑微氣泡灌注

圖3 I型,頸動脈后壁斑塊下肩部可見一支線狀造影劑增強影

圖4 II型,頸動脈后壁斑塊基底部可見多處造影劑微氣泡灌注

3 討論

Lambin等[10]于2012年提出“影像組學”改變,即一種通過高通量提取大量醫學圖像特征的方式,可在常規影像學診斷基礎上深入挖掘疾病內涵特征,可反映人體組織基因與細胞水平。隨后Kumar等[11]又將影像組學擴展為“從MRI、CT、正電子發射斷層掃描(PET)圖像中高通量提取與分析大量高級定量圖像特征”。Doroshow等[12]于2014年將影像組學用于超聲方面,即稱為“超聲影像組學”。

本研究的多模態超聲影像組學包括CDUS、CEUS、SWE技術,其中CDUS可直觀測量頸動脈內-中膜厚度,反映病灶內部回聲、形態特征與斑塊周邊管腔狹窄情況等。CEUS是基于傳統超聲發展而來的新型檢查方式,可通過微泡增強血液的背向散射,更加清晰地評估新生血管、病灶組織內部及周圍微血管灌注情況[13]。SWE是一種用于量化組織硬度的彈性成像技術,剪切波速度快則表示病灶內部組織質地硬[14]。孫飛一等[15]研究發現,CDUS(斑塊內出血、潰瘍、薄纖維帽)、CEUS(2～3級斑塊)、SWE(混合斑塊或軟斑塊)均是頸動脈粥樣硬化患者發生缺血性腦卒中或短暫性腦缺血復發的獨立危險因素,且據以預測二者的AUC為0.93(95%CI: 0.85～1.00)。可見,多模態超聲影像組學在判斷頸動脈斑塊穩定性、評估預后中具有重要意義。本研究發現,PIS組斑塊表面多為形態不規則,斑塊內新生血管分級以Ⅱ型為主,推測原因在于:正常情況下,動脈管腔內的氧在彌散作用下可到達管壁,而炎性反應可造成局部粥樣硬化斑塊形成與動脈壁內-中膜增厚,對氧彌散至血管外膜產生影響,從而導致外膜處于缺氧狀態,造成斑塊內生成新發血管。斑塊出血、新生血管破裂可誘發頸動脈斑塊纖維帽破裂,形成血栓,而血栓脫落可加劇阻塞、易損性,誘發PIS發生[16]。Logistic回歸分析結果顯示,斑塊表面形態不規則、P、Max YM、Min YM、Mean YM是PIS發生的危險因素,tP、MTT是保護因素,可見多模態超聲影像組學參數與PIS的發生密切相關。

研究發現,PIS發生發展與炎性反應密切相關,當相應供血區腦組織或血管出現缺氧缺血時,會形成損傷級聯反應,而炎性反應便是其中一個重要的病理反應環節[17]。中心壞死區炎性細胞聚集,可釋放腫瘤壞死因子、白介素-1等趨化因子,正反饋吸引更多的氧化低密度脂蛋白與白細胞積聚、沉積于內膜性,加重動脈粥樣硬化程度,促進粥樣物質形成。同時,斑塊內hs-CRP等炎性因子還可刺激血管生長,致使斑塊不穩定、破裂脫落或斑塊內出血,進一步造成部分部位阻塞、狹窄與側支循環閉塞等。姚濤等[18]研究報道,hs-CRP持續增長是PIS發生的獨立危險因素。ALB是血漿中含量最多的蛋白質,具有調節內皮細胞功能與免疫功能、抗炎、神經保護等作用。PIS患者因缺血缺氧、炎性反應等生理刺激下,會出現糖皮質激素水平上升、肝細胞損傷等情況,而肝細胞受損會減少ALB的合成[19]。hs-CRP/ALB是兼顧營養狀態與炎性水平的綜合性指標,被廣泛用于呼吸系統疾病、心血管疾病患者預后的評估中。本研究發現,PIS組hs-CRP、hs-CRP/ALB高于NPIS組,ALB低于NPIS組,且Logistic回歸分析發現,hs-CRP、hs-CRP/ALB高表達是PIS發生的危險因素,而ALB是保護因素,提示臨床應采取針對性防治措施,積極降低hs-CRP、hs-CRP/ALB表達,提升ALB水平,以預防PIS的發生。本研究基于PIS相關危險因素的Logistic回歸模型來預測PIS發生風險,并依據回歸方程繪制ROC曲線結果發現,基于Logistic回歸模型的預測概率預測PIS發生的AUC為0.988(95%CI:0.972～1.000),表明該模型預測效能高,提升臨床醫務人員可利用該預測模型早期識別PIS高危人群。

綜上所述,基于CDUS、CEUS、SWE的多模態超聲影像組學聯合血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB可有效預測PIS發生,可幫助臨床篩選PIS高危人群。