基于多模态超声的决策树诊断模型对颈动脉斑块易损性的诊断价值.pdf
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1、基金项目:2020 年河北省唐山市科学技术研究与发展计划项目(20150207C)作者单位:063000唐山,华北理工大学附属医院超声科(李宁、张树华、唐姗、解婷婷、刘阳、阚艳敏);300000天津市天津医院病理科(刘爱东)通信作者:阚艳敏,电子信箱:920983050 基于多模态超声的决策树诊断模型对颈动脉斑块易损性的诊断价值李宁张树华唐姗解婷婷刘阳阚艳敏刘爱东摘要目的构建基于多模态超声的缺血性脑卒中决策树诊断模型,为临床对颈动脉易损斑块的早期识别提供新的诊断思路。方法回顾性选取 2020 年 1 月 2022 年 2 月于华北理工大学附属医院住院的颈动脉斑块患者 113 例,其中症状组 6
2、0例、非症状组 53 例,所有患者均行常规超声(conventional ultrasound,CUS)、超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)及剪切波弹性(shear wave elasticity,SWE)检查,并记录超声特征。比较两组患者超声特征的差异;分别构建基于 CUS、CEUS、SWE 及多模态超声的缺血性脑卒中决策树诊断模型,采用 10 折交叉验证法对诊断模型进行测试,并应用准确性、敏感度、特异性、阳性预测值及阴性预测值对其诊断效能进行评价。结果两组间斑块回声、是否有极低回声区、是否有钙化、斑块中部及远心段增强级别、斑块近心段,中部及远心段
3、杨氏模量值比较,差异均有统计学意义(P 均 0.05);分别构建基于 CUS、CEUS、SWE 及多模态超声的缺血性脑卒中诊断模型,10 折交叉验证法显示误判率分别为 34.5%、44.2%、26.5%和 12.2%;对模型的诊断效能进行评价,其中基于多模态超声所建的缺血性脑卒中决策树诊断模型诊断准确性明显高于其他模型,为 92.0%,其敏感度、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为 90.7%、94.3%、15.91 和 0.09。结论应用多模态超声可以更准确地评估颈动脉斑块的易损性;通过构建基于多模态超声的缺血性脑卒中的决策树诊断模型,可以有效提高易损斑块的检出率,斑块中部的超声特征更能体现
4、其稳定性。关键词颈动脉斑块易损性决策树多模态超声缺血性脑卒中中图分类号R445.1文献标识码ADOI 10.11969/j.issn.1673-548X.2023.07.026The Diagnostic Value of Decision Tree Diagnostic Model Based on Multimodal Ultrasound for the Vulnerability of Carotid Artery Plaques.LINing,ZHANG Shuhua,TANG Shan,et al.Department of Ultrasound,Affiliated Hospit
5、al of North China University of Technology,Hebei063000,ChinaAbstractObjectiveTo construct the decision tree diagnosis model of ischemic stroke based on multimodal ultrasound technology,and to provide a new diagnostic idea for the early identification of vulnerable carotid plaque.MethodsA total of 11
6、3 patients with carotidplaque hospitalized in Affiliated Hospital of North China University of Technology from January 2020 to February 2022 were retrospectivelyselected,and they were divided into symptom group(n=60)and non-symptom group(n=53).All the patients underwent convention-al ultrasound(CUS)
7、,contrast-enhanced ultrasound(CEUS)and shear wave elasticity(SWE),and the ultrasonic parameters were re-corded.The differences of ultrasonic characteristics between the two groups were compared.Decision tree diagnosis mode for ischemicstroke based on CUS,CEUS,SWE and multimodal ultrasound were const
8、ructed respectively.The diagnostic model was tested by 10-foldcross validation method,and the accuracy,sensitivity,specificity,positive predictive value and negative predictive value were used to e-valuate its diagnostic efficacy.ResultsThere were significant differences in plaque echo,very low echo
9、 area,calcification,enhancementlevel of central and distal segments of plaque,Youngs modulus of proximal,central and distal segments of plaque between the two groups(P 0.05).CUS,CEUS,SWE and multimodal ultrasound were used to construct the diagnostic models of ischemic stroke,and 10-foldcross valida
10、tion method showed that the misjudgment rates were 34.5%,44.2%,26.5%and 12.2%,respectively.The diagnostic effi-ciency of the model was evaluated,the diagnostic accuracy of the the multimodal ultrasound based decision tree diagnostic model for ische-mic stroke was significantly higher than that of ot
11、her diagnostic models,and its value was 92.0%.The sensitivity,specificity,positivepredictive value and negative predictive value were 90.7%,94.3%,15.91 and 0.09,respectively.ConclusionThe application ofmultimodal ultrasound can more accurately evaluate the vulnerability of carotid plaque.By construc
12、ting the decision tree diagnosis model of031论著J Med Res,July 2023,Vol.52 No.7ischemic stroke based on multimodal ultrasound,the detection rate of vulnerable plaque can be effectively improved,and the ultrasoniccharacteristics in the middle of the plaque can better reflect its stability.Key wordsCaro
13、tid plaque;Vulnerability;Decision tree;Multimodal ultrasound;Ischemic stroke脑卒中是我国居民死亡的首要病因,而动脉粥样硬化易损斑块的破裂则是导致脑卒中的主要原因之一,因此,尽早识别斑块的易损性至关重要1,2。超声是颈动脉斑 块的主要 检 查 方 法,其 中 常 规 超 声(conventional ultrasound,CUS)、超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)及 剪 切 波 弹 性(shearwave elasticity,SWE)技术等可以从斑块负荷、斑块硬度和成分、斑
14、块内新生血管等多角度全面评估斑块的易损性3。本研究旨在通过构建基于多模态超声的缺血性脑卒中决策树诊断模型,并对其诊断效能进行评价,为临床对颈动脉易损斑块的早期识别提供新的诊断思路。对象与方法1.研究对象:回顾性选取 2020 年 1 月 2022 年2 月于华北理工大学附属医院住院的颈动脉斑块患者 113 例,其中男性 80 例,女性 33 例,患者年龄 43 78 岁,平均年龄为 61.62 8.60 岁,分为症状组(n=60)与非症状组(n=53)。纳入标准:症状组患者为近 6 个月内有斑块同侧缺血性脑卒中症状(一侧面部或肢体无力或麻木,语言障碍等),并经 CT 或 MRI检查证实为单侧前
15、循环供血区缺血性梗死灶发作者4,5;CUS 检查斑块厚度2.5mm 者;斑块平行于颈动脉长轴生长且能配合完成 CEUS 检查及SWE 检查者6 8。排除标准:因斑块内钙化、患者配合差等原因,超声图像显示效果不佳者;对鸡蛋、牛奶等过敏无法行 CEUS 者;患者本人或家属拒绝参加此研究者。2.临床资料的收集:记录患者的年龄、性别、体重指数(body mass index,BMI)、是否吸烟及饮酒,是否患有高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病,是否有脑血管疾病家族史。3.超声数据的收集:应用日本佳能 Aplio i800 超声仪,探头 i18LX5,频率(5 18)MHz。造影剂使用意大利 Bracco
16、 公司生产的声诺维(Sono Vue)。CUS 检查:受检者取平卧位,探头自颈总动脉起始处向上横切及纵切连续扫查颈动脉全程,选择最厚的可疑责任斑块用于观察和分析,于斑块清晰显示时冻结图像,在斑块长轴切面分为近心段、中部、远心段(图 1)。记录斑块位置(以斑块大部分所处位置为斑块定位,包括颈总动脉、颈总动脉分叉、颈内动脉)、长度、厚度、回声(均质低回声、均质等回声、不均质回声)、钙化(有、无)、极低回声区(有、无)、溃疡(有、无)等。易损斑块的 CUS 特征为溃疡型斑块、斑块内部具有低回声或低至无回声特征9。图 1斑块长轴切面分段示意图CEUS 检查:经肘静脉团注 1.6ml 声诺维,继以5.0
17、ml 0.9%氯化钠溶液快速冲注,实时观察并连续存储图像,陆续补充造影剂 0.8ml 保证浓度。对目标斑块进行缓慢匀速的横、纵切面扫查,分别记录斑块近心段、中部、远心段的增强特点。增强级别判读标准:0 级:斑块内无增强;1 级:斑块内见点状增强;2 级:斑块见多个点状或 1 2 条线样增强;3 级:斑块内见大面积线状增强,贯穿或大部分贯穿斑块10。易损斑块的 CEUS 特征为动态移动的高回声光点从外膜到斑块内,提示斑块内存在新生血管9。SWE 检查:于短轴斑块最厚处切换至长轴并启动剪切波模式,嘱患者屏气,保持图像清晰且探头不施压,待图像稳定后冻结图像,在斑块长轴方向分段测量杨氏模量值(近心段、
18、中部、远心段)。同一切面测量 3 次,取平均值。斑块杨氏模量值越小,质地越软,易损性越高7。所有操作均由一名高年资医生独立完成,同时临床资料的收集由另一名医生独立完成。本研究通过华北理工大学附属医院医学伦理学委员会批准(伦理学审批号:2020155)。4.统计学方法:应用 SPSS 26.0 统计学软件对数据进行统计分析。计量资料以均数 标准差(x s)表示,组间比较采用独立样本 t 检验或近似 t 检验;计数资料以例数(百分比)n(%)表示,组间比较采用 2检验或 Fisher 确切概率法。采用决策树 2自动交互检测算法建立预测缺血性脑卒中模型,并对其诊断效能进行评价,以 P 0.05),详
19、见表 1。表 1两组患者的基线资料比较n(%),x s项目症状组(n=60)非症状组(n=53)t/2P年龄(岁)62.50 10.0161.23 7.860.7450.458BMI(kg/m2)24.51 3.5625.18 4.07-0.9370.351性别0.3980.528男性44(73.3)36(67.9)女性16(36.4)17(32.1)吸烟3.4910.061是43(71.7)29(54.7)否17(28.3)24(45.3)饮酒0.2960.587是21(35.0)16(30.2)否39(65.0)37(69.8)高血压3.3680.066是33(55.0)20(37.7)否
20、27(45.0)33(62.3)糖尿病1.5830.208是12(20.0)16(30.2)否48(80.0)37(69.8)高脂血症2.9770.084是9(15.0)15(28.3)否51(85.0)38(71.7)冠心病-0.212是5(8.3)1(1.9)否55(91.7)52(98.1)家族史-0.331是7(11.7)3(5.7)否53(88.3)50(94.3)采用 Fisher 确切概率法 2.超声参数比较:(1)CUS 参数比较:两组患者在斑块回声、是否有极低回声区、是否有钙化方面差异均有统计学意义(P 均 0.05),详见表 2。(2)CEUS 参数比较:两组患者在斑块中部
21、及远心段增强级别方面比较,差异均有统计学意义(P 均 0.05),详见表 3。(3)SWE 参数比较:两组患者在斑块近心段、中部、远心段杨氏模量值方面比较,差异均有统计学意义(P均 0.05),详见表 4。表 2两组患者的 CUS 参数比较n(%),x s项目症状组(n=60)非症状组(n=53)t/2P厚度(mm)2.93 1.153.02 1.03-0.4620.645长度(mm)19.25 7.6017.87 5.131.1160.267位置0.3540.838颈总动脉15(25.0)12(22.6)颈总动脉分叉39(65.0)37(69.8)颈内动脉6(10.0)4(7.6)回声10.
22、7410.005均质低回声11(18.3)1(1.9)均质等回声13(21.7)7(13.2)不均质回声36(60.0)45(84.9)溃疡-0.059有5(8.3)0(0)无55(91.7)53(100.0)极低回声25.139 0.001有25(41.7)1(1.9)无35(58.3)52(98.1)钙化有36(60.0)42(79.2)4.8750.041无24(40.0)11(20.8).采用 Fisher 确切概率法表 3两组患者的 CEUS 参数比较n(%)增强级别症状组(n=60)非症状组(n=53)2P近心段6.7170.078 0 级3(5.0)10(18.9)1 级13(2
23、1.7)8(15.1)2 级35(58.3)31(58.5)3 级9(15.0)4(7.5)中部23.126 0.001 0 级1(1.6)8(15.1)1 级10(16.7)15(28.3)2 级31(51.7)29(54.7)3 级18(30.0)1(1.9)远心段12.6610.005 0 级3(5.0)12(22.6)1 级12(20.0)9(17.0)2 级29(48.3)28(52.8)3 级16(26.7)4(7.6)表 4两组患者的 SWE 参数比较(x s)杨氏模量值症状组(n=60)非症状组(n=53)tP近心段24.57 19.0046.49 26.57-4.985 0.
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