基于CT纹理特征及临床-影像学特征构建模型预测慢性硬膜下血肿钻孔引流术后复发

李海峰，徐 圆，袁为标，陆大军

(1.南通大学附属建湖人民医院影像科，江苏 盐城 224700；2.盐城市第一人民医院影像科，江苏 盐城 224006)

慢性硬膜下血肿(chronic subdural hematoma, CSDH)是神经外科常见疾病，多见于老年人，经颅骨钻孔引流术是常用治疗方法，但约5%～33%患者术后复发，需再次手术[1]。早期识别高复发风险患者及其危险因素有助于防治术后复发，但目前对于可能导致CSDH术后复发因素的观点不一[2-4]。影像组学联合支持向量机(support vector machine, SVM)可用于诊断疾病及评估疗效[5-8]。本研究观察基于CT纹理特征及临床-影像学特征建立的SVM模型用于预测钻孔引流术后CSDH复发的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年1月—2019年10月南通大学附属建湖人民医院收治的146例CSDH患者，男102例，女44例，年龄28～87岁、平均(57.2±15.7)岁，血肿体积46.88～297.64 cm3、平均(136.32±45.66)cm3；均接受局部麻醉下单孔(104例)或双孔(42例)钻孔引流术，术后复查CT颅内无明显积血、积气、中线结构恢复后拔除引流管。纳入标准：①术前1天接受头部CT检查，术后规律随访、复查头部CT；②CT图像质量较好；③颅内无占位，无其他颅脑手术史。排除标准：肝、肾功能障碍，血液系统疾病，既往接受血液透析、放射及化学治疗等。

1.2 仪器与方法 采用GE LightSpeed VCT CT99 64排螺旋CT机及Discovery CT750 HD宝石能谱CT机行头部常规轴位CT扫描。嘱患者仰卧，头部置于头托内，下颌内收，使其身体正中矢状面与扫描中线重合，以听眦线为基准线进行扫描，管电压120 kV，管电流270 mA，FOV 250 mm×250 mm，扫描层厚5 mm。

1.3 图像分析 由影像科住院医师及主任医师各1名以盲法观察术前头部CT所示血肿侧别、脑中线移位距离和血肿分型、宽度及其体积，存在分歧时经协商达成一致。中线移位距离：以中脑、第三脑室、透明隔及大脑镰为标志，选取移位最明显处，以额顶骨正中嵴连线为基准测量。血肿分型：包括均质型(血肿表现为均匀低、等或高密度，图1)、分隔型(血肿密度不均，内见高密度分隔，图2)、分层型(低密度血肿在上，高密度血肿在下，图3)及板障型(血肿内缘可见薄层高密度结构，图4)。采用GE Volume Render软件测量血肿体积(图5)。

图1 患者男，61岁，右侧额顶颞枕部硬膜下血肿，均质型 图2 患者男，54岁，左侧额顶颞部硬膜下血肿，分隔型 图3 患者男，67岁，双侧额顶颞枕部硬膜下血肿，分层型

图4 患者女，45岁，右侧额顶颞部硬膜下血肿，板障型 图5 三维重建生成的CSDH容积图 图6 勾画ROI(红色区域)及提取纹理特征

1.4 提取纹理特征 调整头部CT图像窗宽、窗位分别为80、40 HU，以.BMP格式自GE后处理系统导出图像。采用MaZda纹理分析软件于血肿最大层面勾画ROI(图6)，以μ±3σ法校正图像灰阶，提取包括灰度直方图、灰度共生矩阵、游程矩阵、绝对梯度、自回归模型及小波转换等在内的纹理特征。

1.5 随访 术后规律随访3个月，复查头部CT，判断CSDH有无复发。术后CSDH复发标准：随访期内CT复查示术侧血肿较术后1天增大，且伴有与血肿相关的神经系统症状。

1.6 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料以±s表示，比较采用t检验；以χ2检验比较计数资料；P<0.05为差异有统计学意义。对血肿分型行χ2合并多重检验，并对检验水平进行校正，以P<0.012 5为差异有统计学意义。

以主成分分析选取特征值>1且累计贡献>85%的主要成分参数。采用RapidMiner Studio软件分别建立基于纹理特征和纹理特征联合临床-影像学特征的SVM模型。以受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线分析SVM模型预测CSDH复发的效能，采用DeLong检验比较2种模型的曲线下面积(area under the curve， AUC)，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

对146例CSDH患者均顺利完成经颅钻孔引流术手术，术后置管时间48～72 h，平均(57.60±9.20)h；术后随访3个月期间32例(32/146，21.92%)复发CSDH， 114例(114/146，78.08%)未复发。

2.1 一般资料及影像学特征 CSDH术后复发与未复发患者术前血肿体积及血肿亚型差异均有统计学意义(P均<0.05)，而性别、年龄、基础疾病及血肿侧别、宽度、脑中线移位距离差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。对血肿分型进一步行χ2合并多重检验，结果显示仅分层型与非分层型CSDH患者之间术后复发差异具有统计学意义(P=0.01)，见表2。

表1 术后复发与未复发CSDH患者一般资料及术前影像学特征比较

表2 CSDH术后复发患者术前血肿分型χ2合并检验结果

2.2 纹理特征 对每例患者提取304个纹理特征，最终筛选出30个特征，复发与未复发者之间仅S(5,0)SumAverg差异具有统计学意义(63.63±1.12 vs 62.98±1.36，t=-2.00，P=0.03)。

2.3 SVM模型及其诊断效能 对30个纹理特征及9个临床-影像学特征(表1)进行主成分分析后，最终提取4个纹理特征[S(5,0)Contrast(r=-0.911)、S(5,0)SumAverg(r=0.942)、Teta2(r=0.834)、 S(3,-3)Entropy (r=0.976)]及3个临床-影像学特征[糖尿病(r=0.928)、血肿体积(r=0.837)及亚型(r=0.952)]。分别基于4个纹理特征及4个纹理特征+3个临床-影像学特征建立SVM模型，ROC曲线结果显示，前者预测CSDH患者术后复发的AUC为0.85、敏感度95.54%、特异度74.09%，后者AUC为0.92、敏感度88.62%、特异度87.91%；DeLong检验结果显示，2种模型AUC差异无统计学意义(D=2.031,P=0.075)，见图7。

图7 SVM模型预测CSDH术后复发的ROC曲线

3 讨论

CSDH多见于老年男性，经颅骨钻孔引流术为最主要手术治疗方式，而术后复发是影响预后的重要因素。血肿外膜新生血管形成、反复出血及局部凝血功能障碍是CSDH血肿进展、术后复发的主要病理基础。

3.1 CSDH术后复发影响因素 NAKAGUCHI等[9]指出，在血肿形成的不同阶段，其分型及术后再出血率均有所不同；早期CSDH多表现为均质型血肿，再出血率相对较低，可能原因在于其中的促凝血与纤维蛋白溶解反应尚处于平衡状态[10]。本研究中均匀型血肿复发率相对较低，与既往研究[9-10]相符；进一步分层分析结果显示，分层型与非分层型术后CSDH复发率差异存在统计学意义，原因可能为钻孔引流术较难彻底清除分层型血肿而致血肿残留，促进炎性因子及纤维蛋白降解产物生成，增加复发概率[11]。

本研究中CSDH术后复发患者术前血肿体积大于非复发者，与张毅等[12]的结果相符。血肿体积可在一定程度上反映邻近脑组织受压程度。血肿体积越大，脑组织顺应性越低，血肿清除越困难，术后残余血肿增多，脑组织复张困难、腔隙张力增加及脑膜内外层间黏附受损均可导致术后复发率增高[10,13]。

既往研究[14-15]认为血肿密度是CSDH复发的危险因素，随血肿密度增高，复发率亦增加。本研究中复发与未复发患者之间术前CT纹理参数S(5,0)SumAverg(均值和)差异具有统计学意义，而该参数代表平均灰度值，其值越大，图像整体亮度越高，即血肿密度越高，提示新鲜出血量越多，表明血肿外膜新生血管不成熟，短期内易反复出血。由此推测，CSDH影像学表现为均匀高密度或混杂高密度血肿时，如患者症状、体征不明显，可密切观察，待进展为等或低密度时再行手术，以减少术后复发。

3.2 SVM模型评估CSDH术后复发 本研究进一步对30个纹理特征及9个临床-影像学特征进行主成分分析，最终提取S(5,0)Contrast、S(5,0)SumAverg及Teta2、S(3,-3)Entropy共4个纹理特征及糖尿病、血肿体积及亚型共3个临床-影像学特征，并分别基于4个纹理特征及4个纹理特征+3个临床-影像学特征建立SVM模型，2种模型中，后者的评估效能更高，但其AUC差异无统计学意义，可能与样本量相对不足及纳入模型的参数相对较少有关，有待进一步观察。

总之，基于CT纹理特征及临床-影像学特征构建的SVM模型有助于预测钻孔引流术后CSDH复发。