基于列线图的高血压患者大脑中动脉动脉瘤的破裂风险预测

苏娜，周甲丰，林博丽，朱冬勤，杨运俊，陈勇春

温州医科大学附属第一医院 放射科，浙江 温州 325015

随着CT血管成像（computed tomography angiography, CTA）、磁共振血管成像（magnetic resonance angiography, MRA）等非侵入式检查技术的发展和普及，未破裂颅内动脉瘤的检出率越来越高[1-3]，其中大脑中动脉（middle cerebral artery, MCA）是未破裂颅内动脉瘤最常见的部位[4]。高血压是未破裂颅内动脉瘤患者常见的合并症，约有一半的未破裂颅内动脉瘤患者合并高血压[5]。既往研究表明高血压是颅内动脉瘤破裂的独立危险因素[6-8]。然而目前专注于合并高血压的MCA动脉瘤的破裂风险研究少见，亦缺乏临床实用的动脉瘤破裂风险预测模型。因此，本研究以合并高血压的MCA动脉瘤患者作为研究对象，探讨高血压患者MCA动脉瘤破裂的危险因素，并构建列线图预测模型，旨在为颅内动脉瘤的临床个性化诊疗提供可视化依据。

1 资料和方法

1.1 一般资料 收集2009年1月至2020年6月温州医科大学附属第一医院住院治疗的合并高血压的MCA动脉瘤患者的临床及影像资料。纳入标准：①经CTA诊断为MCA动脉瘤的患者；②合并高血压病史。排除标准：①多发颅内动脉瘤、夹层动脉瘤、梭形动脉瘤或假性动脉瘤；②合并血管畸形、烟雾病等；③CTA图像质量不符合诊断要求。从医院的电子病历系统收集临床资料，包括性别、年龄、吸烟史和高血压病史。高血压病史是指收缩压≥140 mmHg和（或）舒张压≥90 mmHg的长期高血压病史。最终纳入254例合并高血压的MCA动脉瘤患者，其中破裂动脉瘤175例，未破裂动脉瘤79例，年龄（59.5±10.4）岁，男122例，女132例。

1.2 CTA检查及图像重建 CTA检查由3 台不同的CT扫描仪完成，包括320 排CT（日本东芝公司，Aquilion ONE）、64 排螺旋CT（美国通用公司，Lightspeed VCT）和16层螺旋CT（美国通用公司，Lightspeed pro）。CTA扫描参数详见文献报道[9-11]。扫描结束后，所有数据上传至后处理工作站（Version 4.6, GE Medical Systems）进行重建，充分显示动脉瘤及其周围血管。

1.3 MCA动脉瘤形态学参数 包括动脉瘤大小、瘤颈、动脉瘤高度、垂直高度、血管管径、纵横比、尺寸比、动脉瘤角度、血管角度、血流角度、动脉瘤朝向、动脉瘤位置、不规则形态以及子囊，见图1。动脉瘤形态学参数具体定义详见文献报道[9-10]。①血管管径：近瘤颈端血管管径（D1）与1.5倍D1处血管管径（D2）的平均值；②纵横比：垂直高度与瘤颈宽度的比值：③尺寸比：动脉瘤高度与血管管径的比值；④动脉瘤位置：M1段分叉处动脉瘤和非M1段分叉处动脉瘤；⑤动脉瘤朝向：横断面朝向（前、后、中间）和冠状面朝向（上、下、中间）。

图1 MCA动脉瘤形态学参数示意图

1.4 统计学处理方法 采用SPSS22.0软件进行统计学分析。计量资料用M（P25，P75）表示，采用Mann-WhitneyU检验；计数资料用频数（百分比）表示，采用χ2检验。将单因素分析结果中P＜0.1的参数纳入多因素Logistic回归分析，并构建列线图预测模型（R语言软件https://www.R-project.org）。采用受试者工作特征曲线下面积（area under receiver operating characteristic curve, AUC）评估模型的诊断效能。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床及形态学特征 临床及形态学特征见表1。合并高血压的MCA动脉瘤破裂率为68.9%。MCA动脉瘤破裂组患者较未破裂组更年轻（P＜0.05），但两组间性别和吸烟史差异无统计学意义（P＞0.05）。相比于未破裂组，破裂组患者的动脉瘤大小、尺寸比、纵横比和血管角度更大，而血管管径和动脉瘤角度更小，差异均有统计学意义（P＜0.05）。两组间动脉瘤位置、动脉瘤朝向、不规则形态及子囊差异均有统计学意义（P＜0.05）。其中，分叉处动脉瘤占63.4%，分叉处动脉瘤破裂率为77.6%。

表1 合并高血压的MCA动脉瘤患者的临床及形态学特征

2.2 多因素Logistic回归分析 将单因素分析结果中P＜0.1的变量作为自变量、破裂与否作为因变量，进行多因素Logistic回归分析，结果显示，性别、年龄、动脉瘤大小、纵横比、动脉瘤角度、不规则形态和位置与高血压患者MCA动脉瘤破裂密切相关（均P＜0.05）。其中性别、纵横比、不规则形态和位置是高血压患者MCA动脉瘤破裂的独立危险因素。

2.3 列线图预测动脉瘤破裂风险 列线图构建的预测模型具有良好的诊断效能（AUC=0.866，95%CI= 0.818～0.905），预测准确率为82.68%，灵敏度为83.43%，特异度为72.15%（见图2）。与其他因素相比，纵横比占据了列线图评分标度的较大部分（见图3）。进一步ROC曲线分析显示，纵横比阈值为0.8时具有良好的诊断效能（AUC=0.782），预测准确度为74.41%，灵敏度76.00%，特异度72.15%。列线图对高血压患者MCA动脉瘤破裂风险的预测值和实际观测值之间具有良好的一致性，见图4。高血压患者MCA动脉瘤破裂的风险预测示例：男性患者，57岁，动脉瘤位于M1段分叉处，形态不规则，大小为

图2 高血压患者MCA动脉瘤破裂风险预测模型的ROC曲线

图3 预测高血压患者MCA动脉瘤破裂风险的列线图

图4 高血压患者MCA动脉瘤破裂的风险预测模型列线图的校准曲线

7.4 mm，纵横比为0.87，动脉瘤角度为59.1°。依据列线图进行各项得分评估，计算出总得分约为111.5，对应风险评估为0.896，即本例动脉瘤破裂风险为89.6%，见图5。

图5 高血压患者MCA动脉瘤破裂的风险预测示例

3 讨论

本研究构建了高血压患者MCA动脉瘤破裂风险模型，具有良好的预测性能，并进一步提供列线图以便于临床实际应用。研究发现，纵横比、不规则形态、位置和性别是高血压患者MCA动脉瘤破裂的独立危险因素。

3.1 高血压对颅内动脉瘤破裂的影响 既往研究表明高血压是颅内动脉瘤破裂的独立危险因素，并将其纳入破裂风险评分[5-8]。一项基于6项前瞻性队列研究数据的汇集分析显示，合并高血压的未破裂颅内动脉瘤患者的PHASES评分增加1分[12]。ZHU等[13]通过机器学习方法研究1 897例稳定和不稳定未破裂颅内动脉瘤的临床及形态学特征，发现高血压为动脉瘤不稳定的危险因素。高血压患者动脉瘤破裂率与非高血压患者存在差异。XIA等[14]对574例前交通动脉动脉瘤患者的研究发现，高血压患者动脉瘤破裂率为88.76%。本研究结果显示，高血压患者MCA动脉瘤破裂率为68.9%，较文献报道的前交通动脉动脉瘤破裂率低。最近发表的一项中国颅内动脉瘤研发项目，回顾性分析了20个医疗中心的3 965 例囊性颅内动脉瘤患者的前瞻性数据，结果显示高血压患者颅内动脉瘤破裂率为53.98%，其中未定期高血压监测的高血压患者颅内动脉瘤破裂率为71.02%[15]。高血压可导致复杂的血管内血流动力学环境，尤其是颅内血管分叉处[16-17]。其形成的高血流动力学压力增加颅内动脉分叉处血管壁剪切力的作用，是引起动脉壁破坏性重建的重要作用力。此外，高血压会导致动脉瘤腔内长期的低剪切力环境，从而促进血管壁发生炎性反应并导致动脉粥样硬化，引起动脉瘤壁变脆变薄，增加动脉瘤的破裂风险。因此，对于合并高血压的未破裂颅内动脉瘤患者应维持血压正常化，从而降低动脉瘤的破裂风险[15]。

3.2 动脉瘤破裂的风险预测模型 近年来已有大量文献基于动脉瘤形态学、血流动力学、影像组学等参数构建颅内动脉瘤破裂风险的预测模型。颜格等[18]基于112例颅内动脉瘤患者的临床及CTA形态学特征，构建动脉瘤破裂的风险预测模型，其预测准确度为78.5%，AUC为0.806。CHEN等[19]基于1 007例颅内动脉瘤患者的临床、CTA形态学和血流动力学信息，构建多种模型预测颅内动脉瘤的破裂风险并进行验证，模型最高AUC为0.886，准确度为82.3%。ALWALID等[20]基于393 例颅内动脉瘤患者的CTA图像的影像组学特征，构建动脉瘤破裂的风险预测模型并进行验证，预测准确度为76%，AUC为0.86。颅内动脉瘤进一步亚组研究表明，MCA动脉瘤破裂的风险预测模型亦具有良好的预测性能。LIU等[9]基于临床和CTA形态学特征预测MCA动脉瘤的破裂风险，预测模型AUC为0.76。一项多中心研究基于临床、CTA形态学及影像组学模型预测MCA动脉瘤破裂的风险，结果表明在训练数据集、时间验证数据集和外部验证数据集中AUC分别为0.848、0.865和0.721，预测准确度分别为0.795、0.813和0.733[21]。与既往研究结果类似，本研究基于动脉瘤CTA形态学对高血压患者MCA动脉瘤破裂风险进行预测，预测准确度为82.68%，模型具有良好的诊断效能（AUC=0.866）。

3.3 动脉瘤破裂的独立危险因素 既往研究表明颅内动脉瘤破裂的相关危险因素繁多且不统一，包括临床（性别、年龄、吸烟、高血压等）、形态学（大小、形状、位置、纵横比值、尺寸比值等）、血流动力学（壁面切应力、震荡剪切指数等）以及影像组学等特征。本研究结果显示，纵横比、不规则形态、位置和性别是高血压患者MCA动脉瘤破裂的独立危险因素。既往研究发现女性患者颅内动脉瘤破裂风险高于男性，主要是因为女性体内雌激素会在绝经后明显下降，进而降低组织内的胶原蛋白水平，增加血管脆性[22]。近期一项Meta分析结果亦表明女性颅内动脉瘤破裂的风险高于男性，但这种性别差异不能用动脉瘤破裂相关的临床和形态学危险因素的差异来解释[23]。他们认为，与男性相比，女性未破裂颅内动脉瘤患者采用更积极的治疗方法是合理的。有研究认为不规则形态与颅内动脉瘤壁的不稳定性和更高的破裂风险有关，其原因可能是不规则形态造成动脉瘤瘤腔内血流动力学改变，进而加重血管壁内皮细胞损害[24-25]。动脉瘤形态不规则被认为是血管壁破坏性重塑、血栓形成或血管壁增生所致。有研究报道，分叉处动脉瘤是MCA最常见的动脉瘤，破裂率远高于MCA其他部位，而且与严重出血或血肿有关[26-27]。本研究结果显示分叉处动脉瘤占比为63.4%，分叉处动脉瘤破裂率为77.6%，与既往报道类似。这可能与分叉处MCA复杂的解剖结构及血流动力学特征有关。

纵横比是指动脉瘤垂直高度与瘤颈宽度的比值，被认为与动脉瘤的破裂密切相关[28]。本研究亦表明纵横比是高血压患者MCA动脉瘤破裂的独立危险因素。纵横比值越高，动脉瘤破裂风险越大。既往研究认为纵横比大于某区间上限时（1.4或1.6），动脉瘤瘤腔内的血流速度明显升高，进而导致动脉瘤破裂风险增加[29]。虽然已有较多研究结果表明纵横比的重要性，但各个研究得出的阈值并不一致[28-30]。本研究结果显示高血压患者MCA动脉瘤的纵横比阈值为0.8时，其破裂风险预测准确度为74.41%，AUC为0.782。本研究中纵横比的阈值明显低于既往研究，可能与本研究对象为合并高血压的MCA动脉瘤患者有关。SUN等[31]对颅内动脉瘤进行血流动力学分析显示，当血压从120/80 mmHg升高至160/100 mmHg时，最大壁应力增加30%～40%，且在纵横比大的颅内动脉瘤中增加更高，而时间平均剪切力均降低，提示高血压状态下，颅内动脉瘤长期受低剪切力影响，破裂风险增加。因此笔者推测纵横比可能是反映高血压与MCA动脉瘤破裂相关的形态学参数，但需后续进一步研究证实。

本研究尚有一定的局限性。首先，本研究为单中心回顾性研究，将有高血压病史的MCA动脉瘤患者纳入研究，并未考虑到高血压患者日常血压控制情况对研究结果的影响；其次，本研究仅分析了MCA动脉瘤患者的临床因素和CTA形态学特征，并未纳入血流动力学和影像组学等特征；第三，本研究采用传统的人工方法测量动脉瘤的形态学参数，并未应用自动分割测量方法。因此，本研究结果有待后续结合血流动力学、影像组学等特征分析，借助机器学习方法构建更精准的预测模型，并进行多中心研究验证。

综上所述，纵横比、不规则形态、位置和性别是高血压患者MCA动脉瘤破裂的独立危险因素，临床实际工作中需引起重视；基于列线图预测高血压患者MCA动脉瘤的破裂风险具有可行性，为临床个性化诊疗提供可视化依据。