基于CT紋理特征及臨床-影像學特征構(gòu)建模型預(yù)測慢性硬膜下血腫鉆孔引流術(shù)后復發(fā)

李海峰，徐 圓，袁為標，陸大軍

(1.南通大學附屬建湖人民醫(yī)院影像科，江蘇 鹽城 224700；2.鹽城市第一人民醫(yī)院影像科，江蘇 鹽城 224006)

慢性硬膜下血腫(chronic subdural hematoma, CSDH)是神經(jīng)外科常見疾病，多見于老年人，經(jīng)顱骨鉆孔引流術(shù)是常用治療方法，但約5%～33%患者術(shù)后復發(fā)，需再次手術(shù)[1]。早期識別高復發(fā)風險患者及其危險因素有助于防治術(shù)后復發(fā)，但目前對于可能導致CSDH術(shù)后復發(fā)因素的觀點不一[2-4]。影像組學聯(lián)合支持向量機(support vector machine, SVM)可用于診斷疾病及評估療效[5-8]。本研究觀察基于CT紋理特征及臨床-影像學特征建立的SVM模型用于預(yù)測鉆孔引流術(shù)后CSDH復發(fā)的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年1月—2019年10月南通大學附屬建湖人民醫(yī)院收治的146例CSDH患者，男102例，女44例，年齡28～87歲、平均(57.2±15.7)歲，血腫體積46.88～297.64 cm3、平均(136.32±45.66)cm3；均接受局部麻醉下單孔(104例)或雙孔(42例)鉆孔引流術(shù)，術(shù)后復查CT顱內(nèi)無明顯積血、積氣、中線結(jié)構(gòu)恢復后拔除引流管。納入標準：①術(shù)前1天接受頭部CT檢查，術(shù)后規(guī)律隨訪、復查頭部CT；②CT圖像質(zhì)量較好；③顱內(nèi)無占位，無其他顱腦手術(shù)史。排除標準：肝、腎功能障礙，血液系統(tǒng)疾病，既往接受血液透析、放射及化學治療等。

1.2 儀器與方法 采用GE LightSpeed VCT CT99 64排螺旋CT機及Discovery CT750 HD寶石能譜CT機行頭部常規(guī)軸位CT掃描。囑患者仰臥，頭部置于頭托內(nèi)，下頜內(nèi)收，使其身體正中矢狀面與掃描中線重合，以聽眥線為基準線進行掃描，管電壓120 kV，管電流270 mA，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，掃描層厚5 mm。

1.3 圖像分析 由影像科住院醫(yī)師及主任醫(yī)師各1名以盲法觀察術(shù)前頭部CT所示血腫側(cè)別、腦中線移位距離和血腫分型、寬度及其體積，存在分歧時經(jīng)協(xié)商達成一致。中線移位距離：以中腦、第三腦室、透明隔及大腦鐮為標志，選取移位最明顯處，以額頂骨正中嵴連線為基準測量。血腫分型：包括均質(zhì)型(血腫表現(xiàn)為均勻低、等或高密度，圖1)、分隔型(血腫密度不均，內(nèi)見高密度分隔，圖2)、分層型(低密度血腫在上，高密度血腫在下，圖3)及板障型(血腫內(nèi)緣可見薄層高密度結(jié)構(gòu)，圖4)。采用GE Volume Render軟件測量血腫體積(圖5)。

圖1 患者男，61歲，右側(cè)額頂顳枕部硬膜下血腫，均質(zhì)型 圖2 患者男，54歲，左側(cè)額頂顳部硬膜下血腫，分隔型 圖3 患者男，67歲，雙側(cè)額頂顳枕部硬膜下血腫，分層型

圖4 患者女，45歲，右側(cè)額頂顳部硬膜下血腫，板障型 圖5 三維重建生成的CSDH容積圖 圖6 勾畫ROI(紅色區(qū)域)及提取紋理特征

1.4 提取紋理特征 調(diào)整頭部CT圖像窗寬、窗位分別為80、40 HU，以.BMP格式自GE后處理系統(tǒng)導出圖像。采用MaZda紋理分析軟件于血腫最大層面勾畫ROI(圖6)，以μ±3σ法校正圖像灰階，提取包括灰度直方圖、灰度共生矩陣、游程矩陣、絕對梯度、自回歸模型及小波轉(zhuǎn)換等在內(nèi)的紋理特征。

1.5 隨訪 術(shù)后規(guī)律隨訪3個月，復查頭部CT，判斷CSDH有無復發(fā)。術(shù)后CSDH復發(fā)標準：隨訪期內(nèi)CT復查示術(shù)側(cè)血腫較術(shù)后1天增大，且伴有與血腫相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

1.6 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，比較采用t檢驗；以χ2檢驗比較計數(shù)資料；P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。對血腫分型行χ2合并多重檢驗，并對檢驗水平進行校正，以P<0.012 5為差異有統(tǒng)計學意義。

以主成分分析選取特征值>1且累計貢獻>85%的主要成分參數(shù)。采用RapidMiner Studio軟件分別建立基于紋理特征和紋理特征聯(lián)合臨床-影像學特征的SVM模型。以受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線分析SVM模型預(yù)測CSDH復發(fā)的效能，采用DeLong檢驗比較2種模型的曲線下面積(area under the curve， AUC)，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

對146例CSDH患者均順利完成經(jīng)顱鉆孔引流術(shù)手術(shù)，術(shù)后置管時間48～72 h，平均(57.60±9.20)h；術(shù)后隨訪3個月期間32例(32/146，21.92%)復發(fā)CSDH， 114例(114/146，78.08%)未復發(fā)。

2.1 一般資料及影像學特征 CSDH術(shù)后復發(fā)與未復發(fā)患者術(shù)前血腫體積及血腫亞型差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)，而性別、年齡、基礎(chǔ)疾病及血腫側(cè)別、寬度、腦中線移位距離差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，見表1。對血腫分型進一步行χ2合并多重檢驗，結(jié)果顯示僅分層型與非分層型CSDH患者之間術(shù)后復發(fā)差異具有統(tǒng)計學意義(P=0.01)，見表2。

表1 術(shù)后復發(fā)與未復發(fā)CSDH患者一般資料及術(shù)前影像學特征比較

表2 CSDH術(shù)后復發(fā)患者術(shù)前血腫分型χ2合并檢驗結(jié)果

2.2 紋理特征 對每例患者提取304個紋理特征，最終篩選出30個特征，復發(fā)與未復發(fā)者之間僅S(5,0)SumAverg差異具有統(tǒng)計學意義(63.63±1.12 vs 62.98±1.36，t=-2.00，P=0.03)。

2.3 SVM模型及其診斷效能 對30個紋理特征及9個臨床-影像學特征(表1)進行主成分分析后，最終提取4個紋理特征[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個臨床-影像學特征[糖尿病(r=0.928)、血腫體積(r=0.837)及亞型(r=0.952)]。分別基于4個紋理特征及4個紋理特征+3個臨床-影像學特征建立SVM模型，ROC曲線結(jié)果顯示，前者預(yù)測CSDH患者術(shù)后復發(fā)的AUC為0.85、敏感度95.54%、特異度74.09%，后者AUC為0.92、敏感度88.62%、特異度87.91%；DeLong檢驗結(jié)果顯示，2種模型AUC差異無統(tǒng)計學意義(D=2.031,P=0.075)，見圖7。

圖7 SVM模型預(yù)測CSDH術(shù)后復發(fā)的ROC曲線

3 討論

CSDH多見于老年男性，經(jīng)顱骨鉆孔引流術(shù)為最主要手術(shù)治療方式，而術(shù)后復發(fā)是影響預(yù)后的重要因素。血腫外膜新生血管形成、反復出血及局部凝血功能障礙是CSDH血腫進展、術(shù)后復發(fā)的主要病理基礎(chǔ)。

3.1 CSDH術(shù)后復發(fā)影響因素 NAKAGUCHI等[9]指出，在血腫形成的不同階段，其分型及術(shù)后再出血率均有所不同；早期CSDH多表現(xiàn)為均質(zhì)型血腫，再出血率相對較低，可能原因在于其中的促凝血與纖維蛋白溶解反應(yīng)尚處于平衡狀態(tài)[10]。本研究中均勻型血腫復發(fā)率相對較低，與既往研究[9-10]相符；進一步分層分析結(jié)果顯示，分層型與非分層型術(shù)后CSDH復發(fā)率差異存在統(tǒng)計學意義，原因可能為鉆孔引流術(shù)較難徹底清除分層型血腫而致血腫殘留，促進炎性因子及纖維蛋白降解產(chǎn)物生成，增加復發(fā)概率[11]。

本研究中CSDH術(shù)后復發(fā)患者術(shù)前血腫體積大于非復發(fā)者，與張毅等[12]的結(jié)果相符。血腫體積可在一定程度上反映鄰近腦組織受壓程度。血腫體積越大，腦組織順應(yīng)性越低，血腫清除越困難，術(shù)后殘余血腫增多，腦組織復張困難、腔隙張力增加及腦膜內(nèi)外層間黏附受損均可導致術(shù)后復發(fā)率增高[10,13]。

既往研究[14-15]認為血腫密度是CSDH復發(fā)的危險因素，隨血腫密度增高，復發(fā)率亦增加。本研究中復發(fā)與未復發(fā)患者之間術(shù)前CT紋理參數(shù)S(5,0)SumAverg(均值和)差異具有統(tǒng)計學意義，而該參數(shù)代表平均灰度值，其值越大，圖像整體亮度越高，即血腫密度越高，提示新鮮出血量越多，表明血腫外膜新生血管不成熟，短期內(nèi)易反復出血。由此推測，CSDH影像學表現(xiàn)為均勻高密度或混雜高密度血腫時，如患者癥狀、體征不明顯，可密切觀察，待進展為等或低密度時再行手術(shù)，以減少術(shù)后復發(fā)。

3.2 SVM模型評估CSDH術(shù)后復發(fā) 本研究進一步對30個紋理特征及9個臨床-影像學特征進行主成分分析，最終提取S(5,0)Contrast、S(5,0)SumAverg及Teta2、S(3,-3)Entropy共4個紋理特征及糖尿病、血腫體積及亞型共3個臨床-影像學特征，并分別基于4個紋理特征及4個紋理特征+3個臨床-影像學特征建立SVM模型，2種模型中，后者的評估效能更高，但其AUC差異無統(tǒng)計學意義，可能與樣本量相對不足及納入模型的參數(shù)相對較少有關(guān)，有待進一步觀察。

總之，基于CT紋理特征及臨床-影像學特征構(gòu)建的SVM模型有助于預(yù)測鉆孔引流術(shù)后CSDH復發(fā)。