肝硬化患者高危食管静脉曲张列线图预测模型的构建研究

郭茂东，胡亮，陈燕萍，施昕，叶晓华，王群英，张芸芸，丁进*

本研究的价值：

本研究采用列线图构建了一个用于评估肝硬化患者高危食管静脉曲张的预测模型。该列线图预测模型将常见的血清学和影像学指标分值化，并具有可视化的特点，这将有助于临床医师在工作中简便地筛选出具有高出血风险的肝硬化患者。此外，相对于传统胃镜检查，本研究构建的列线图预测模型具有无创、安全的优点，因此特别适用于存在胃镜检查禁忌证或拒绝胃镜检查的肝硬化患者。

食管静脉曲张破裂出血是肝硬化门静脉高压最常见和最致命的并发症。研究显示，在肝硬化的自然病程中有40%～50%的患者存在食管静脉曲张［1］，同时，每年约有8%的轻度食管静脉曲张进展为出血风险较高的中重度食管静脉曲张，食管静脉曲张破裂出血的年发生率高达5%～15%［2-3］。临床上针对食管静脉曲张进行早期诊断和治疗可使食管静脉曲张破裂出血风险下降15%～50%［4］。

胃镜是诊断食管静脉曲张的金标准，也是评估其出血风险的有效指标，但胃镜检查不仅存在诱发出血的潜在风险，而且易受患者身体状况和其他因素的影响，因此在临床应用中受到一定限制［5］。近年来，针对肝硬化食管静脉曲张无创预测指标的研究逐年增多，但不同研究的结论并不一致［6-10］。此外，目前国内外尚缺乏统一的预测肝硬化患者食管静脉曲张的无创模型。为此，本研究基于常见的血清学和影像学指标，探索构建用于预测肝硬化患者高危食管静脉曲张的列线图模型，以期为甄别高出血风险人群、早期制定更有针对性的干预对策提供参考依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018年1月至2020年10月在浙江大学医学院附属金华医院确诊为肝硬化的患者为研究对象。肝硬化的诊断标准依据2019年中华医学会肝病学分会制定的《肝硬化诊治指南》［11］，并经临床、实验室、影像学或病理组织学等检查确立诊断。排除标准：（1）合并感染、心功能不全、肾衰竭、恶性肿瘤、布加综合征、血液系统疾病；（2）既往曾行脾切除手术、外科断流或分流术、经颈静脉肝内门体分流术、内镜下套扎或组织胶硬化剂注射术；（3）近3个月有消化道大出血病史；（4）近3个月有血制品输注史；（5）碘造影剂过敏。最终共纳入肝硬化患者204例，其中男147例，女57例；年龄31～84岁，平均年龄（58.1±10.7）岁；乙型肝炎（简称为乙肝）后肝硬化132例，酒精性肝硬化45例，丙型肝炎（简称为丙肝）后肝硬化15例，自身免疫性肝硬化9例，隐源性肝硬化3例。患者均签署知情同意书。本研究获得浙江大学医学院附属金华医院伦理委员会批准〔编号：（2017）伦审第（283）号〕。

1.2 方法

1.2.1 无创实验室检查指标的收集 收集肝硬化患者入院24 h内的实验室检查指标，包括血常规、生化指标、凝血功能指标，同时计算丙氨酸氨基转氨酶（ALT）与天冬氨酸氨基转移酶（AST）比值（AAR，AAR=AST/ALT）、AST与血小板计数（PLT）比值指数〔APRI，APRI=AST/ULN×100/PLT（×109/L）〕、 基于4因子的肝纤维化指标〔FIB-4，FIB-4=（年龄×AST）/PLT×ALT1/2〕。

1.2.2 胃镜检查 采用日本Olympus GIF-260电子胃镜进行检查。内镜诊断参照2016年发布的《肝硬化门静脉高压食管胃静脉曲张出血的防治指南》［12］。若存在食管静脉曲张，则描述曲张静脉的部位、形态以及红色征情况，并根据曲张静脉的形态、程度及出血风险分为轻、中、重度。轻度（G1）为食管静脉曲张呈直线形或略有迂曲，无红色征；中度（G2）为食管静脉曲张呈直线形或略有迂曲，有红色征或食管静脉曲张呈蛇形迂曲、隆起但无红色征；重度（G3）为食管静脉曲张呈蛇形迂曲、隆起且有红色征或食管静脉曲张呈串珠状、结节状或瘤状（不论是否有红色征）。中度及重度食管静脉曲张因出血风险高而被定义为高危组，无或轻度食管静脉曲张定义为低危组［13］。

1.2.3 影像学检查指标 应用Phillips 256层螺旋CT（Brilliance iCT）扫描仪进行腹部增强扫描。扫描参数：管电压120 kV，管电流200 mAs，螺距1，层厚5 mm，间隔5 mm。三期动态增强扫描采用高压注射器经肘静脉团注射碘海醇，注射速率为3 ml/s，剂量为1.5 ml/kg，分别于 20～25 s、60～70 s、300 s进行动脉期、门脉期、延迟期扫描，扫描范围为从肝顶至耻骨联合下缘水平。扫描后，选择门脉期重建层厚1 mm的原始图像，在工作站进行图像后处理，采用最大密度投影法进行侧支循环血管的三维重建。对每份重建图像均仔细观察门静脉及肠系膜上静脉血栓情况，测量门静脉、门静脉左支、脾静脉、胃左静脉内径以及脾厚径、长径、上下径等指标。根据脾脏各条径线计算脾指数（SI，SI=脾厚径×长径×上下径）。门静脉内径测量点选择脾静脉与肠系膜上静脉汇合处以上2 cm处。门静脉左支测量点选择在距门静脉主干1.0～1.5 cm处。胃左静脉内径在汇入门静脉或脾静脉终点上2 cm内最宽处测量。脾静脉内径在其中点测量。脾脏径线测量包括脾厚径：脾门中心层面之脾内缘至脾外缘的最短径；脾长径：脾门中心层面脾的最长径（前后直线）；脾上下径：脾上缘至脾下缘的垂直距离。所有指标测量3次取平均值。

1.3 统计学方法 采用R软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两组间比较采用成组t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，两组间比较采用非参数检验。计数资料以相对数表示，两组间比较采用χ2检验。采用R软件的glmnet包进行LASSO回归，并采用十折交叉验证法筛选最佳风险预测因子子集。根据LASSO回归结果，采用多因素Logistic回归模型确定高危食管静脉曲张的风险预测因子，并用rms包构建预测高危食管曲张静脉的列线图模型。通过受试者工作特征（ROC）曲线下面积评估列线图预测模型的预测能力。采用Bootstrap法重复抽样1 000次对列线图预测模型进行内部验证，计算一致性指数（C-index）以评估列线图预测模型的区分度，其中C-index≤0.5表示没有任何区分度，0.5＜C-index≤0.7表示区分度差，0.7＜C-index≤0.9表示区分度中等，C-index＞0.9表示区分度较高。绘制校准曲线以评估列线图预测模型的校准度。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 肝硬化高危食管静脉曲张和低危食管静脉曲张患者间的临床特征比较 204例患者中低危组92例，高危组112例。低危组和高危组性别、年龄、肝硬化类型、活化部分凝血活酶时间（APTT）、总胆红素、直接胆红素、间接胆红素、AAR、碱性磷酸酶、高密度脂蛋白比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）；低危组和高危组腹腔积液严重程度、门静脉血栓发生率、肝功能分级、PLT、血小板分布宽度、凝血酶原时间（PT）、凝血酶原活动度（PTA）、国际标准化比值（INR）、凝血酶时间（TT）、总蛋白、白蛋白、白蛋白/球蛋白、ALT、AST、γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）、三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白、门静脉内径、门静脉左支内径、脾静脉内径、胃左静脉内径、脾厚径、脾长径、脾上下径、SI、FIB-4、APRI比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 低危组和高危组临床特征比较Table 1 Comparison of clinical characteristics between cirrhosis patients with low- and high-risk esophageal varices

2.2 风险预测因子的选择及预测模型的构建和应用

以食管静脉曲张出血风险（低危和高危）为因变量，共纳入38个自变量。由于不同自变量之间存在一定相关性，因此进行降维处理，并筛选出最具代表性的高危食管静脉曲张预测因子，对所有自变量进行LASSO回归分析，由图1A可知，随着惩罚系数λ的变化，模型初始纳入的自变量的系数被逐步压缩，最后部分自变量系数被压缩为0，避免了模型过度拟合。为寻找最佳惩罚系数λ、使模型性能优良且影响因素最少，选择十折交叉验证法中误差最小λ+1（0.084）作为最优值。最终筛选出胃左静脉内径、PLT、脾厚径、腹腔积液4个预测高危食管静脉曲张的自变量（图1B）。

图1 采用LASSO回归进行临床特征的筛选Figure 1 Selection of potential predictors by the least absolute shrinkage and selection operator（LASSO） regression

将上述4个自变量（赋值见表2）进一步纳入Logistic回归模型，结果表明胃左静脉内径、PLT、脾厚径、腹腔积液是高危食管静脉曲张的独立风险预测因子（表3）。采用R软件对4个独立风险预测因子构建列线图预测模型（图2），根据列线图预测模型，随着腹腔积液增多、PLT下降以及脾厚径、胃左静脉内径增大，肝硬化患者并发高危食管静脉曲张的风险上升（表4）。4个独立风险预测因子取值向上投射至列线图顶端的积分线上可得到相应的积分，随后将所有独立风险预测因子的积分相加得到总分，进而通过总分线可以在列线图底部的预测线上得到肝硬化患者高危食管静脉曲张概率的预测值。例如，某肝硬化患者为中度腹腔积液，PLT 80×109/L，脾厚径50 mm，胃左静脉内径6 mm，由列线图模型计算该患者高危食管静脉曲张的总评分为13.75+30+15+22.5=81.25分，根据图2预测该患者并发高危食管静脉曲张的概率约为90%。

图2 肝硬化患者高危食管静脉曲张的列线图Figure 2 Nomogram for predicting high-risk esophageal varices in cirrhosis patients

表2 肝硬化患者食管静脉曲张出血风险预测因子的多因素Logistic回归分析赋值表Table 2 Assignment for factors possibly associated with esophageal variceal bleeding in cirrhosis patients analyzed by multivariate Logistic regression analysis

表3 肝硬化患者食管静脉曲张出血风险预测因子的多因素Logistic回归分析Table 3 Multivariate Logistic regression analysis for factors associated with esophageal variceal bleeding in cirrhosis patients

表4 列线图预测模型中各变量对应的分值Table 4 Corresponding score of each variable in the nomogram

2.3 列线图预测模型的评价 应用ROC曲线分析列线图预测模型预测高危食管静脉曲张风险的能力，曲线下面积为0.949〔95%CI（0.921，0.978）〕（图3），表明该模型的预测价值高。使用Bootstrap法对列线图预测模型进行内部验证，自抽样次数1 000次，结果显示，内部验证的C-index为0.951，提示该模型的区分度较高。该模型的校准图显示预测值与实际观测值之间具有良好的一致性（图4）。

图3 列线图预测模型预测肝硬化患者高危食管静脉曲张的ROC曲线Figure 3 ROC curve of the nomogram for the prediction of high-risk esophageal varices in cirrhosis patients

图4 列线图预测模型的校准曲线Figure 4 Calibration curve of the nomogram

3 讨论

肝硬化患者一旦发生食管静脉曲张破裂出血则病死率极高，因此准确预测肝硬化患者食管静脉曲张破裂出血风险对改善患者预后和降低病死率具有重要意义。列线图是一种基于Logistic回归模型的用于临床事件个体化风险预测分析的统计学模型，其通过各种危险因素量化临床事件发生风险，并将相关危险因素图形化呈现，可以简便地获得临床事件的风险概率值［14］。目前，列线图已广泛应用于恶性肿瘤［15］、心肌梗死［16］、急性胰腺炎［17］等疾病的发病风险评估和预后分析，但在预测肝硬化患者高危食管静脉曲张方面的研究甚少。本研究在既往文献报道的基础上全面纳入可能影响肝硬化患者食管静脉曲张严重程度的因素，构建了预测肝硬化患者高危食管静脉曲张的列线图预测模型，并经内部验证证实具有较高的精度和良好的校准度，是一个可以对肝硬化患者高危食管静脉曲张进行有效评估的预测模型。

本研究构建的列线图预测模型包含胃左静脉内径、PLT、脾厚径、腹腔积液4个独立风险预测因子。胃左静脉起源于门静脉主干、脾静脉或门脾静脉交汇处，是门静脉侧支循环中最主要的血管，与食管静脉曲张破裂出血的发生、发展密切相关［18］。本研究表明胃左静脉内径是肝硬化患者高危食管静脉曲张的独立预测因子。随着胃左静脉管径增宽，肝硬化患者并发高危食管静脉曲张的风险增大，这与秦将均等［19］研究结论基本相符。梁晓春等［20］认为当胃左静脉内径＞6.5 mm时，其诊断食管静脉曲张出血的灵敏度为63%，特异度为80%。由于胃左静脉是食管曲张静脉的主要供血来源，因此，临床上采用胃左静脉内径预测门脉高压较采用其他侧支循环参数具有更高的参考价值。血小板是人体血液的重要组成部分，在止血、凝血等方面起着重要的作用。门脉高压患者常因脾功能亢进而导致PLT下降。尽管既往研究已表明PLT单独预测食管静脉曲张的诊断价值有限，但其作为常见的实验室指标在多指标联合诊断中仍具有重要意义［21］。英国胃肠病学会肝脏分会2015年发布的《BavenoⅥ共识》［22］指出，当PLT＞150×109/L时，结合肝脏硬度＜20 kPa，可排除高危食管静脉曲张，这使患者减少或避免了上消化道内镜检查。本研究列线图预测模型将PLT转化为具体的风险分值，有助于临床工作中分析PLT对肝硬化患者高危食管静脉曲张的影响。脾脏大小是间接反映门静脉压力的重要指标，其不仅与门静脉压有关，亦受肝硬化病因的影响。螺旋CT因具有重复性好、误差小的特点而被认为是临床评价脾脏大小的最佳检查方法［23］。本研究表明脾厚径是肝硬化患者高危食管静脉曲张的独立预测因子，与既往文献报道一致［24-25］。国内学者曾报道脾长径、SI与中重度食管静脉曲张相关，这在本研究中未得到证实［13，26］，推测其原因可能与脾脏测量方法不同或纳入的肝硬化患者类型不同有关。腹腔积液是各种类型失代偿期肝硬化患者常见的临床表现，而门脉高压是腹腔积液形成的主因和始动因素。本研究结果显示，随着腹腔积液严重程度的增加，肝硬化患者高危食管静脉曲张的风险增加，其中轻度、中度和重度腹腔积液分别可使列线图预测模型分值增加8、16、24分。值得注意的是，由于肝硬化患者腹腔积液状况易受感染、消化道出血、药物等因素影响，因此临床上采用列线图预测高危食管曲张静脉时，应注意排除上述因素的影响。

总之，本研究基于胃左静脉内径、PLT、腹腔积液以及脾厚径4项指标首次构建了预测肝硬化患者高危食管静脉曲张的列线图预测模型，并能够甄别高危食管静脉曲张患者，有助于临床医师对肝硬化患者特别是内镜检查依从性差者进行及时有效的干预。需要指出的是，本研究还存在一定局限性：首先，作为一项单中心、回顾性研究，本研究在质量控制、数据采集等方面可能存在偏倚；其次，由于本研究纳入的样本量较小，故未能使用独立的样本对构建的列线图预测模型进行外部验证，需要在后续多中心、大样本研究中进一步证实。

作者贡献：郭茂东、丁进进行文章的构思与研究的设计；陈燕萍、施昕进行研究的实施与可行性分析，负责文章的质量控制及审校；胡亮、王群英、张芸芸进行数据收集；郭茂东、胡亮、王群英、张芸芸进行数据整理；郭茂东、叶晓华进行统计学处理；陈燕萍、丁进进行结果的分析与解释；郭茂东撰写论文；施昕、叶晓华进行论文的修订；丁进对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。