多模态超声影像组学联合实验室指标对缺血性脑卒中进展的预测价值

邹金秀 李绍东

流行病学显示,脑卒中是全球第二大致死性疾病,我国脑卒中患病率为1 596/10万,年发病率为345.1/10万,2017年因脑卒中所致伤残调整寿命年达2 010/10万人,2018年脑卒中死亡人数高达157万[1-2]。急性缺血性脑卒中(CIS)是最常见的脑卒中类型,发病率占全部脑卒中的80%～85%,多由血管阻塞、痉挛等原因造成脑部血流不畅,从而诱发的脑组织缺氧缺血性坏死[3]。进展性缺血性脑卒中(PIS)通常指CIS发病后6 h～7 d内患者神经功能缺损症状呈阶梯式或持续性趋势加重的过程,梗死面积扩大会带来严重的神经功能障碍,具有致残率高、致死率高等特点[4-5]。因此,临床应早期识别、早期诊断PIS,并积极防治,以改善患者预后。目前,临床诊断PIS多以影像学手段为主,CT在识别后循环缺血与小梗死病灶方面灵敏度低、颅脑MRI检查时间长且禁忌证多,难以在基层医院普及。多模态超声影像组学包括彩色多普勒超声(CDUS)、超声造影(CEUS)、剪切波弹性成像技术(SWE)等超声技术,从多模态超声组学数据中筛选出多个特征数据,并建立特征组合模型,有助于更真实地反映疾病的全貌[6-7]。基于此,本研究分析基于CDUS、CEUS、SWE的多模态超声影像组学联合血清实验室指标对PIS发生的预测价值,旨在帮助临床筛选高危人群。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2019年8月至2023年5月就诊于徐州医科大学附属医院的100例急性脑卒中患者,其中男56例,女44例;年龄35～79岁,平均年龄(57.98±1.62)岁;体重指数(BMI)(23.48±1.82)kg/m2;疾病类型:高血压46例,糖尿病34例,冠心病36例,吸烟41例。根据发病6 h至7 d内患者美国国立卫生院卒中量表(NIHSS)[8]评分增加是否≥2分将患者分为NPIS组(NIHSS评分增加<2分)59例、PIS组(NIHSS评分增加≥2分)41例。2组性别比、年龄、BMI、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)及合并高血压、糖尿病等比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 2组一般资料比较

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 纳入标准:①符合急性脑卒中诊断标准[9];②经颅脑CT或MRI证实存在新发缺血性病灶;③发病24 h内入院,未接受血管内治疗或溶栓治疗;④自愿于知情书上签字;⑤病情加重时复查颅脑CT未见出血改变。

1.2.2 排除标准:①既往曾经接受颈动脉内膜剥脱手术、颈部放射治疗;②患者遗留明显的神经功能缺损症状;③既往1年内患者有出血倾向、活动性出血史或者合并慢性失血性贫血、血液系统疾病;④入组前1个月内存在着严重创伤、炎症感染史、烧伤情况;⑤伴有自身免疫性疾病、心肌梗死、颅内出血、频发恶性心律失常、恶性肿瘤;⑥妊娠期或哺乳期;⑦有明确栓子来源的脑栓塞患者。

1.3 方法

1.3.1 多模态超声影像组学检查:①CDUS与CEUS:仪器选用EPIQ7型彩色多普勒超声诊断仪(飞利浦公司制造),L12-3线阵探头,患者取仰卧位,充分暴露颈部,在二维模式下测定患者斑块长度、斑块厚度、斑块回声(均质低回声伴高回声纤维帽为Ⅰ型,以低回声为主并伴<25%面积高回声为Ⅱ型,均匀回声为Ⅲ型,高回声为主并伴<25%面积低回声为Ⅳ型)、斑块表面形态。将59 mg Sono Vue(意大利 Bracco Suisse SA公司生产)溶解于5 mL 0.9%氯化钠溶液中并混匀,经肘静脉团注Sono Vue溶液(剂量为1.6 mL),立即用5 mL 0.9%氯化钠溶液冲管,同步开启实时超声造影模式,测量平均渡越时间(MTT)、峰值强度比值(P)、达到峰值时间(tP),并观察斑块内新生血管分级[颈动脉斑块内未见微气泡为0型,颈动脉斑块肩部和(或)斑块外膜侧见1～2条线状增强或1～4个点状增强为Ⅰ型,>2条线状增强或>4个点状增强为Ⅱ型]。②SWE:仪器选用Aixplorer型超声诊断仪器(法国声科影像公司制造),L18-4线阵探头,于二维模式下确定斑块形态、斑块位置,并在探头长轴与斑块长轴平行的同时,按下“SWE”按钮启动弹性成像模式,根据斑块大小选择多个感兴趣区域Q-BOX,测量斑块对应的最小杨氏模量值(Min YM)、最大杨氏模量值(Max YM)、平均杨氏模量值(Mean YM)。

1.3.2 实验室指标检查:采集患者入院24 h内3 mL空腹静脉血,离心10 min后保存待测。免疫比浊法(试剂盒购自上海榕柏生物技术有限公司)、胶乳法(试剂盒由西门子提供)检测hs-CRP水平,全自动生化分析仪(型号:PUZS-300,厂家:上海帝博思生物科技有限公司)测定TG、LDL-C、HDL-C水平。

2 结果

2.1 2组CDUS测量结果比较 2组斑块长度、斑块厚度、斑块回声比较,差异无统计学意义(P>0.05);PIS组斑块表面形态不规则高于NPIS组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2组CDUS测量结果比较

2.2 2组CEUS测量结果比较 PIS组P与斑块内新生血管分级Ⅱ型占比高于NPIS组,差异有统计学意义(P<0.05);PIS组tP、MTT低于NPIS组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 2组CEUS测量结果比较

2.3 2组SWE测量结果比较 PIS组Max YM、Min YM、Mean YM高于NPIS组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 2组SWE测量结果比较 kPa,

2.4 2组血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB水平比较 PIS组hs-CRP、hs-CRP/ALB高于NPIS组,ALB低于NPIS组(P<0.05)。见表5。

表5 2组血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB水平比较

2.5 Logistic回归分析及预测模型构建 PIS组与NPIS组间差异有统计学意义的检测指标作为自变量,并赋值,将PIS发生状况作为因变量(1=PIS,0=NPIS),经Logistic回归分析,结果显示,斑块表面形态不规则、P、Max YM、Min YM、Mean YM、hs-CRP、hs-CRP/ALB是PIS发生的危险因素(OR=9.569、1.297、1.082、1.299、1.142、3.797、4.231,P<0.05),tP、MTT、ALB是保护因素(OR=0.733、0.871、0.667,P<0.05),带入回归方程可得:Logit(P)=-6.169+9.569X1+1.297X3+0.733X4+0.871X5+1.082X6+1.299X7+1.142X8+3.797X9+0.667X10+4.231X11。见表6、7。

表6 主要自变量赋值

表7 PIS的多因素回归分析

2.6 模型验证 根据Logistic回归分析得到回归方程,将其计算得到预测概率作为检验变量,将PIS发生状况作为状态变量(1=PIS,0=NPIS),绘制ROC曲线结果显示,基于Logistic回归模型的预测概率预测PIS发生的AUC为0.988(95%CI:0.972～1.000),P=0.000,预测价值高,模型可靠、稳定。见图1。

图1 PIS预测模型的ROC曲线

2.8 典型病例 见图2～4。

图2 0型,颈动脉前壁斑块内未见造影剂微气泡灌注

图3 I型,颈动脉后壁斑块下肩部可见一支线状造影剂增强影

图4 II型,颈动脉后壁斑块基底部可见多处造影剂微气泡灌注

3 讨论

Lambin等[10]于2012年提出“影像组学”改变,即一种通过高通量提取大量医学图像特征的方式,可在常规影像学诊断基础上深入挖掘疾病内涵特征,可反映人体组织基因与细胞水平。随后Kumar等[11]又将影像组学扩展为“从MRI、CT、正电子发射断层扫描(PET)图像中高通量提取与分析大量高级定量图像特征”。Doroshow等[12]于2014年将影像组学用于超声方面,即称为“超声影像组学”。

本研究的多模态超声影像组学包括CDUS、CEUS、SWE技术,其中CDUS可直观测量颈动脉内-中膜厚度,反映病灶内部回声、形态特征与斑块周边管腔狭窄情况等。CEUS是基于传统超声发展而来的新型检查方式,可通过微泡增强血液的背向散射,更加清晰地评估新生血管、病灶组织内部及周围微血管灌注情况[13]。SWE是一种用于量化组织硬度的弹性成像技术,剪切波速度快则表示病灶内部组织质地硬[14]。孙飞一等[15]研究发现,CDUS(斑块内出血、溃疡、薄纤维帽)、CEUS(2～3级斑块)、SWE(混合斑块或软斑块)均是颈动脉粥样硬化患者发生缺血性脑卒中或短暂性脑缺血复发的独立危险因素,且据以预测二者的AUC为0.93(95%CI: 0.85～1.00)。可见,多模态超声影像组学在判断颈动脉斑块稳定性、评估预后中具有重要意义。本研究发现,PIS组斑块表面多为形态不规则,斑块内新生血管分级以Ⅱ型为主,推测原因在于:正常情况下,动脉管腔内的氧在弥散作用下可到达管壁,而炎性反应可造成局部粥样硬化斑块形成与动脉壁内-中膜增厚,对氧弥散至血管外膜产生影响,从而导致外膜处于缺氧状态,造成斑块内生成新发血管。斑块出血、新生血管破裂可诱发颈动脉斑块纤维帽破裂,形成血栓,而血栓脱落可加剧阻塞、易损性,诱发PIS发生[16]。Logistic回归分析结果显示,斑块表面形态不规则、P、Max YM、Min YM、Mean YM是PIS发生的危险因素,tP、MTT是保护因素,可见多模态超声影像组学参数与PIS的发生密切相关。

研究发现,PIS发生发展与炎性反应密切相关,当相应供血区脑组织或血管出现缺氧缺血时,会形成损伤级联反应,而炎性反应便是其中一个重要的病理反应环节[17]。中心坏死区炎性细胞聚集,可释放肿瘤坏死因子、白介素-1等趋化因子,正反馈吸引更多的氧化低密度脂蛋白与白细胞积聚、沉积于内膜性,加重动脉粥样硬化程度,促进粥样物质形成。同时,斑块内hs-CRP等炎性因子还可刺激血管生长,致使斑块不稳定、破裂脱落或斑块内出血,进一步造成部分部位阻塞、狭窄与侧支循环闭塞等。姚涛等[18]研究报道,hs-CRP持续增长是PIS发生的独立危险因素。ALB是血浆中含量最多的蛋白质,具有调节内皮细胞功能与免疫功能、抗炎、神经保护等作用。PIS患者因缺血缺氧、炎性反应等生理刺激下,会出现糖皮质激素水平上升、肝细胞损伤等情况,而肝细胞受损会减少ALB的合成[19]。hs-CRP/ALB是兼顾营养状态与炎性水平的综合性指标,被广泛用于呼吸系统疾病、心血管疾病患者预后的评估中。本研究发现,PIS组hs-CRP、hs-CRP/ALB高于NPIS组,ALB低于NPIS组,且Logistic回归分析发现,hs-CRP、hs-CRP/ALB高表达是PIS发生的危险因素,而ALB是保护因素,提示临床应采取针对性防治措施,积极降低hs-CRP、hs-CRP/ALB表达,提升ALB水平,以预防PIS的发生。本研究基于PIS相关危险因素的Logistic回归模型来预测PIS发生风险,并依据回归方程绘制ROC曲线结果发现,基于Logistic回归模型的预测概率预测PIS发生的AUC为0.988(95%CI:0.972～1.000),表明该模型预测效能高,提升临床医务人员可利用该预测模型早期识别PIS高危人群。

综上所述,基于CDUS、CEUS、SWE的多模态超声影像组学联合血清hs-CRP、ALB、hs-CRP/ALB可有效预测PIS发生,可帮助临床筛选PIS高危人群。