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基于CT或超声的两种无创模型预测肝硬化后食管胃静脉曲张出血风险
徐征国, 刘恩, 赵泳冰, 杨仕明     
400037 重庆,陆军军医大学(第三军医大学)第二附属医院消化科
[摘要] 目的 建立一种基于实验室指标和CT、超声检查指标的无创模型来预测乙肝后肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血的风险,尝试替代有创检查。方法 回顾我院2010年7月至2017年7月乙肝肝硬化患者3 643例,其中资料完整的肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血的患者412例,明确诊断为肝硬化但未发生食管胃静脉曲张的患者340例,分为研究组(静脉曲张出血)与对照组(无静脉曲张),采用倾向性评分匹配(PSA)进行1 :1配对,结果纳入研究组与对照组各248例,共计496例。采用倾向值匹配法,用SPSS 24.0统计软件, 建立2个Logistic风险预测模型,并用未纳入模型的164例静脉曲张出血及92例无静脉曲张患者进行预测验证,同时对模型的稳定性进行进一步验证。结果 食管胃静脉曲张破裂出血风险的显著相关参数包括总胆红素(TBIL)、血小板计数(PLT)、红细胞计数(RBC)、门脉直径、脾脏长度、脾脏宽度;建立了2个风险预测模型:基于实验室指标和腹部超声指标的P1、基于实验室指标和腹部CT指标的P2。P1 ROC曲线下面积为0.970(0.956~0.985),预测ROC的面积为0.938(0.906~0.970)(P<0.001), P2 ROC曲线下面积为0.967(0.950~0.984),预测ROC的面积为0.946(0.916~0.975)(P<0.001)。两模型对于预测的敏感度和特异度以及总体预测的准确率都在90%以上,且模型稳定性好。结论 本研究建立的无创模型在预测肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血方面准确性高,作为一种非侵入性的测量方法,在进一步改进后可替代侵入性的方法。
[关键词] 无创模型     CT     超声影像学     食管胃静脉曲张     肝硬化     慢性乙型肝炎    
Prediction of bleeding risk for gastroesophageal varices by CT/ultrasound-based noninvasive models
XU Zhengguo , LIU En , ZHAO Yongbing , YANG Shiming     
Department of Gastroenterology, Second Affiliated Hospital, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038, China
Corresponding author: YANG Shiming, E-mail: xzgdy@163.com
[Abstract] Objective To establish 2 noninvasive models based on laboratory serum indexes, enhanced CT or ultrasonographic parameters to predict hemorrhagic risk of gastroesophageal varices in the patients with post-hepatitis B cirrhosis in order to replace the invasive methods. Methods A total of 3 643 patients with hepatitis B cirrhosis admitted in our hospital between July 2010 and July 2017 were enrolled and retrospectively analyzed. Among them, there were 412 cases with complete data of gastroesophageal variceal hemorrhage and 340 cases with a clear diagnosis of cirrhosis, but no gastroesophageal varices. According to the propensity score analysis (PSA), these patients were divided into the research group (varicose bleeding) and the control group (no varicose veins) at a ratio of 1 :1, and eventually, 248 cases were included in each group, with a total of 496 cases. Two Logistic risk prediction models were established by using the dip matching method and SPSS 24.0 statistical software, and were further verified in 164 patients with variceal bleeding and 92 patients without varicose veins who were not enrolled in the study. Results Risk factors of esophageal and gastric variceal bleeding included total bilirubin (TBIL), platelet (PLT), red b cell count (RBC), portal vein diameter, and spleen length and width. There were 2 risk prediction models established: model P1 based on the laboratory indicators combined with the abdominal ultrasound indicators, and model P2 based on the laboratory indicators combined with the abdominal CT indicators. The area under the ROC curve of the P1 model was 0.970 (0.956~0.985), and the predicted area of the ROC was 0.938 (0.906~0.970) (P < 0.001). The area under the ROC curve of the P2 model was 0.967 (0.950~0.984), and the predicted ROC area was 0.946 (0.916~0.975) (P < 0.001). The sensitivity and specificity of the 2 models for prediction and the overall prediction accuracy were all >90%, with sound stablity. Conclusion The 2 noninvasive models are of high accuracy in prediction of bleeding risk of gastroesophageal varices, and may modify or replace the invasive methods after further improvements.
[Key words] noninvasive model     CT     ultrasonography     gastroesophageal varices     cirrhosis     hepatitis B, chronic    

全世界约有4亿慢性乙型肝炎病毒感染患者,严重威胁着人类的健康。我国约有2 000万慢性乙型肝炎患者,慢性乙型肝炎是肝硬化的主要病因;其中25%~30%可发展成肝硬化,15%肝硬化可发展成失代偿期肝硬化,食管胃静脉曲张破裂出血是其最常见并发症[1]。第一次出血死亡率达20%,反复出血死亡率高达80%以上,5年存活率只有35%[2]。目前有两个方法得到大家认可:一是推荐定期进行内镜筛查和预防性治疗高危食管胃静脉曲张[3]。但是胃镜检查具有费用较高、有创检查、贫穷地区无法开展、有诱发静脉曲张破裂出血的风险等局限。二是测肝静脉压力梯度值(hepatic venous pressure gradient, HVPG),当HVPG>12 mmHg,出血风险明显加大,但这仍然是一个有创伤,高费用,技术、设备要求高的检查手段,难以普遍推广。

近年来,寻找无创方法预测肝炎后肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血成为大家关注的焦点[4-6]。目前预测出血的无创检查主要多以血小板计数(PLT)、瞬态弹性成像[7-9]、总胆红素(TBIL)、谷丙转氨酶(ALT)、ALT/天冬氨酸转氨酶(AST)比值、γ-谷氨酰转肽酶、总蛋白、白蛋白(ALB)、白/球比值、凝血酶原功能、超声测肝、脾硬度[10-11]、CT断层扫描测指标[12]等作为研究对象,研究得出结论各有不同[13-15],且特异性或敏感性均不理想,推广起来有困难。临床上,除对血清实验室指标的分析外,超声检查同样被认为是对肝硬化失代偿期患者的必要性检查手段,其优点在于无创性、费用相对较低、对患者的生活质量影响较小且患者的依从性较好、便于对肝硬化患者进行动态观察,但超声检查容易受腹部气体、患者体位、医师的主观判断影响;而CT检查的优点在于受干扰因素较少,能准确测量相关指标,甚至能直接观察静脉曲张情况,缺点在于检查费用较高、设备要求较高,难以普及,同时会有一定的X线辐射。由于单一的影像学检查或血清实验室指标预测食管胃静脉曲张破裂出血的准确度欠佳,所以本研究从大量乙肝患者中筛选出资料完整者作为研究对象,同时尽可能排除其他影响因素,如合并有酒精肝、丙肝等,联合血清实验室指标、腹部医学影像指标,通过统计学分析得到出血风险的预测模型,同时进行比较验证,用于指导临床决策。

1 资料与方法 1.1 研究对象

1.1.1 纳入标准

纳入病例均参照2015年慢性乙型肝炎防治指南[16]与ANTHONY等[17]提出的统一标准,诊断为乙肝后肝硬化。研究组诊断标准:有明确呕血、黑便病史,胃镜下可见重度静脉曲张活动性出血(渗血、喷血)、在未发现其他部位有出血病灶但有明显静脉曲张的基础上,发现有血栓头。对照组诊断标准:有肝硬化基础,胃镜检查未发现食管胃静脉曲张。

1.1.2 排除标准

经CT或MRI、组织病理学等检查证实肝硬化合并肝癌或组织病理证实存在胃癌、胰腺癌等其他恶性肿瘤的患者;布加综合征的患者;肝硬化合并系统性红斑狼疮、克罗恩病、溃疡性结肠炎等炎症性肠病的患者;肝硬化合并血液系统性疾病患者;合并有其他病毒性肝炎患者;合并有大量饮酒史患者;合并有门静脉血栓患者;合并有右心衰患者。

1.2 患者基线资料、实验室指标及腹部增强CT、腹部超声观察指标的收集

收集食管胃静脉曲张破裂出血患者412例、未发生食管胃静脉曲张患者340例的相关资料,两组基线资料包括年龄、性别、身高、体质量、Child评分5个指标,血清实验室指标包括ALT、AST、TBIL、ALB、PLT、红细胞计数(RBC)、白细胞计数(WBC)、尿素、肌酐,影像学检查包括腹部超声、腹部增强CT,分别测量门脉直径、脾脏长度、脾脏厚度、脾脏宽度。研究对象纳入流程见图 1

图 1 纳入研究对象流程图

1.3 统计学分析

采用SPSS 24.0统计软件。因需排除两组间混杂因素的影响,采用倾向值匹配法校正。采用Logistic模型进行倾向性评分1 :1匹配,设置模型评分的卡钳值P为0.02,最终1 :1匹配成功,结果研究组与对照组各248例,共计496例。两组计量资料正态分布采用x±s表示,组间比较采用tt’检验;两组计量资料非正态分布采用中位数(四分位极差)表示,组间比较采用非参数Mann-Whitney U检验;其中,腹部超声联合实验指标作为一组、腹部增强CT联合实验室指标作为另外组分别进行统计分析,采用Logistic回归分析静脉曲张破裂出血的风险因素(引入标准为P≤0.05,剔除标准为P>0.10),并构建静脉曲张破裂出血的预测模型2个;采用ROC曲线评价模型及相关变量的诊断价值(P<0.05表示差异有统计学意义),对未纳入模型研究组164例及对照组92例进行预测验证(P<0.05表示差异具有统计学意义),同时比较2个模型的预测价值。

2 结果 2.1 倾向性评分匹配结果

进行倾向性评分匹配,抽取研究组60%病例共248例,按照1 :1进行匹配,对照组亦是248例,最终共496例纳入研究用于建立模型。其相关数据的匹配前后结果见表 1~6

表 1 匹配前患者基线数据(例,x±s)
组别 n 年龄/岁 性别(男/女) 身高/cm 体质量/kg Child评分/分
研究组 412 52.9±12.5 277/135 164.44±8.14 55.62±10.26 6.40±1.17
对照组 340 48.8±10.7 211/129 165.05±5.72 57.97±8.94 6.37±1.16
P <0.001 0.139 0.230 0.001 0.722

表 2 匹配后患者基线数据(例,x±s)
组别 n 年龄/岁 性别(男/女) 身高/cm 体质量/kg Child评分/分
研究组 248 51.22±9.94 167/81 164.18±8.56 56.12±10.06 6.34±1.07
对照组 248 51.83±8.96 161/87 164.96±5.78 56.90±8.96 6.44±1.22
P 0.474 0.569 0.234 0.363 0.348

表 3 匹配前患者实验室指标[M(P25, P75)]
组别 n ALT/U·L-1 AST/U·L-1 TBIL/μmol·L-1 ALB/g·L-1 WBC/109·L-1 PLT/109·L-1 RBC/1012·L-1 尿素/μmol·L-1 肌酐/μmol·L-1
研究组 412 33.0(21.3, 55.0) 46.5(31.1, 82.0) 30.5(18.6, 49.8) 33.4(29.2, 39.3) 3.6(2.4, 5.1) 62.0(42.0, 90.5) 3.3(2.7, 3.8) 5.7(4.5, 7.4) 64.8(53.0, 78.5)
对照组 340 43.0(38.0, 46.5) 43.0(38.0, 47.0) 13.0(11.0, 17.0) 40.0(38.0, 43.0) 4.30(3.9, 4.7) 135.0(123.0, 164.5) 4.2(3.9, 4.6) 5.8(5.25, 6.5) 67.0(56.0, 76.0)
P <0.001 0.007 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.548 0.182

表 4 匹配后患者实验室指标[M(P25, P75)]
组别 n ALT/U·L-1 AST/U·L-1 TBIL/μmol·L-1 ALB/g·L-1 WBC/109·L-1 PLT/109·L-1 RBC/1012·L-1 尿素/μmol·L-1 肌酐/μmol·L-1
研究组 248 35.5(23.6, 55.5) 48.6(32.4, 83.9) 29.9(19.8, 48.5) 33.7(29.4, 39.4) 3.6(2.4, 5.0) 60.5(41.5, 86.5) 3.3(2.8, 3.9) 5.71(4.6, 7.4) 64.1(56.0.2, 7)
对照组 248 43.0(38.0, 47.0) 43.0(38.0, 47.5) 13.0(11.0, 17.0) 40.0(38.0, 43.0) 4.3(3.8, 4.7) 134.0(123.0, 156.0) 4.2(3.9, 4.6) 5.9(5.2, 6.5) 67.0(56.0, 76.0)
P 0.001 0.012 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.510 0.136

表 5 匹配前患者影像学指标(cm, x±s)
组别 n d1 d2 d3 d4 D1 D2 D3 D4
研究组 412 1.37±0.24 14.20±2.46 8.92±1.77 5.18±1.30 1.40±0.25 14.15±2.52 8.85±1.56 5.00±1.18
对照组 340 1.07±0.12 11.63±0.62 7.46±0.52 4.27±2.93 1.06±0.12 11.60±0.71 7.46±0.48 3.97±0.42
P <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
d1:超声测得门静脉直径;d2:超声测脾脏长度; d3:超声测脾脏宽度; d4:超声测脾脏厚度; D1:CT测量门静脉直径; D2:CT测量脾脏长度; D3:CT测量脾脏宽度; D4:CT测量脾脏厚度

表 6 匹配后患者影像学指标(cm, x±s)
组别 n d1 d2 d3 d4 D1 D2 D3 D4
研究组 248 1.37±0.24 14.23±2.34 8.97±1.89 5.25±1.37 1.40±0.25 14.19±2.43 8.90±1.62 5.02±1.21
对照组 248 1.07±0.12 11.61±0.60 7.44±0.53 4.13±2.01 1.06±0.12 11.57±0.70 7.45±0.50 3.99±0.42
P <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
d1:超声测得门静脉直径;d2:超声测脾脏长度; d3:超声测脾脏宽度; d4:超声测脾脏厚度; D1:CT测量门静脉直径; D2:CT测量脾脏长度; D3:CT测量脾脏宽度; D4:CT测量脾脏厚度

2.2 食管胃静脉曲张出血的独立危险因素的P1预测模型

采用匹配后差异有统计学意义(P<0.05)的生化指标及超声指标进行逐步Logistic回归分析,结果显示:食管胃静脉曲张出血的风险因素为TBIL、PLT、RBC、d1、d2、d3(表 7)。

表 7 超声结合实验室指标分析食管胃静脉曲张出血的危险因素
指标 系数b 标准误 Wald χ2 P OR 95%CI
TBIL/μmol·L-1 0.136 0.028 24.040 <0.001 1.146 1.085~1.210
PLT/109·L-1 -0.014 0.004 11.147 0.001 0.986 0.978~0.994
RBC/1012·L-1 -0.902 0.362 6.211 0.013 0.406 0.200~0.825
d1/cm 5.934 1.702 12.150 <0.001 377.710 13.429~10 623.875
d2/cm 0.978 0.244 16.087 <0.001 2.660 1.649~4.291
d3/cm 0.659 0.246 7.164 0.007 1.934 1.193~3.134
常量 -21.660 3.749 33.378 <0.001

进一步建立基于超声和实验室指标的Logistic P评分预测模型P1为:

模型拟合结果χ2=508.233、P<0.001,模型拟合非常显著。P1模型在计算结果大于0.938时有出血风险(P1模型的Cut off值=0.938)。

2.3 食管胃静脉曲张出血的独立危险因素的P2预测模型

采用匹配后差异有统计学意义(P<0.05)的生化指标及CT指标进行逐步Logistic回归分析,结果显示:TBIL、PLT、RBC、D1、D2、D3是食管胃静脉曲张出血的危险因素(表 8)。

表 8 CT结合实验室指标分析食管胃静脉曲张出血的危险因素
指标 系数b 标准误 Wald χ2 P OR 95%CI
TBIL/μmol·L-1 0.124 0.027 21.037 <0.001 1.132 1.073~1.193
PLT/109·L-1 -0.016 0.005 12.047 0.001 0.984 0.975~0.993
RBC/1012·L-1 -0.774 0.355 4.763 0.029 0.461 0.230~0.924
d1/cm 7.588 1.672 20.610 <0.001 1 975.198 74.612~52 289.041
d2/cm 0.500 0.216 5.368 0.021 1.650 1.080~2.519
d3/cm 0.696 0.315 4.878 0.027 2.006 1.082~3.722
常量 -18.164 3.522 26.596 <0.001

进一步建立基于CT和实验室指标的Logistic P评分预测模型P2为:

模型拟合结果χ2=509.930、P<0.001,模型拟合非常显著。P2模型计算结果大于0.906时有出血风险(P2的Cut off值=0.906)。

2.4 两个预测模型的诊断效能比较

以P1和P2的分数作为预测指标,建立诊断ROC曲线及相应的预测ROC曲线(图 23)。P1 ROC曲线下面积为0.970(0.956~0.985),预测ROC的面积为0.938(0.906~0.970)(P<0.001);P2 ROC曲线下面积为0.967(0.950~0.984),预测ROC的面积为0.946(0.916~0.975) (P<0.001)。两模型预测能力的比较见表 9

图 2 预测模型P1的ROC曲线

图 3 预测模型P2的ROC曲线

表 9 P1、P2模型预测情况对照
模型 Cut off值 灵敏度 特异度 PV+ PV- LR+ LR- 约登指数 预测敏感度 预测特异度 预测准确率/%
P1 0.938 0.903 0.972 0.970 0.909 32.250 0.100 0.875 0.878 0.989 91.8
P2 0.906 0.919 0.964 0.962 0.923 25.538 0.098 0.883 0.872 0.978 91.0

2.5 模型稳定性的验证结果

为验证模型的稳定性,采用上述P1、P2分别得出的6个指标,随机抽取其60%的数据做Logistic模型,剩余40%的数据做验证,共随机抽取1 000次。P1、P2模型数据与验证数据的灵敏度和特异度、阳性预测值PV+、阴性预测值PV-及预测的准确率见表 910

表 10 随机抽取1 000次用于对P1、P2的验证结果(x±s)
模型 数据 灵敏度 特异度 PV+ PV- LR+ LR- 约登指数 预测准确率/%
P1 60%建模数据 0.902±0.014 0.920±0.015 0.946±0.009 0.859±0.017 11.694±2.381 0.107±0.015 0.822±0.019 90.90±0.98
40%验证数据 0.891±0.022 0.907±0.028 0.937±0.017 0.845±0.025 10.691±4.208 0.120±0.023 0.799±0.029 89.76±1.42
P2 60%建模数据 0.906±0.014 0.936±0.015 0.956±0.010 0.866±0.017 14.959±3.665 0.101±0.014 0.842±0.017 91.77±0.85
40%验证数据 0.896±0.022 0.922±0.032 0.948±0.020 0.853±0.025 13.966±7.582 0.112±0.022 0.819±0.029 90.65±1.33

3 讨论

通过Logistic逐步回归分析,本研究发现:实验室指标中TBIL、PLT、RBC成为影响食管胃静脉曲张破裂出血的显著性因素,与相关研究报道一致[18-19]。TBIL值越高,面临的出血风险就大。临床观察可知:食管胃静脉曲张出血风险随着肝硬化程度加重而加大,肝硬化程度越重,代表肝功能的TBIL就越高,所以TBIL可反映肝硬化程度,进而用于预测出血风险[20-22]。有学者提到AST能预测门静脉高压[23],但本研究的结论却显示AST与出血风险无关。ALT、AST、ALB也是反映肝功能水平的指标,但该类指标波动幅度较大,饮食、睡眠、精神状态等因素均可影响其数值。临床观察提示:很多肝硬化严重、食管胃静脉曲张破裂出血的患者,ALT、AST、ALB却处于正常水平,这或许也说明上述指标无法确切反映出肝硬化程度,进而无法预测门脉高压性出血风险。尿素、肌酐反映肾脏功能,文献[24]提到这些指标可预测肝硬化顽固性腹水的转归及生存预后,但本研究显示它们与出血无明确相关性。原因可能是肝硬化发展到肝肾综合征的时候,上述指标会有影响。临床工作中发现绝大部分肝硬化患者发生食管胃静脉曲张破裂出血时未发生肝肾综合征,统计学分析结果也表明其不能明确反映与门静脉高压性出血的关系。统计学分析发现PLT、RBC值越低,面临的出血风险越大,但不足以单独预测静脉曲张出血风险。随着肝纤维化的加重,肝细胞产生PLT生成素减少,门脉高压可导致脾脏淤血性肿大,脾脏长度和宽度可随着门静脉压力升高而增大,肿大的脾脏可以滞留和吞噬大量的PLT、RBC,所以显示其与出血风险相关,与某些文献报道有共同点[25-28]

统计学分析显示影像学检查中无论超声或者CT均显示门脉直径、脾脏长度、脾脏宽度与出血有明显相关性,随着其值的增大而出血风险增加,尤其以门静脉直径最为显著。临床上观察到肝硬化患者由于肝小叶结构紊乱,造成门静脉系统回流受阻,压力持续升高,结果使门静脉直径、脾脏体积逐渐增大,故该指标也能反映出门脉高压性出血风险。

本研究采用实验室指标分别联合腹部CT、腹部超声测量数据,用Logistic逐步回归分析,得出食管胃静脉曲张出血风险的预测模型,P1模型ROC曲线下面积为0.970(0.956~0.985),预测ROC的面积为0.938 (0.906~0.970)(P<0.001), 诊断非常显著;P2模型ROC曲线下面积为0.967(0.950~0.984),预测ROC的面积为0.946(0.916~0.975)(P<0.001), 诊断非常显著。同时用两模型的灵敏度与特异度均在90%以上,阳性预测值PV+和阴性预测值PV-都接近1,约登指数也非常高接近1,说明两模型的诊断效果非常好,也非常接近,两模型对预测的敏感度和特异度以及总体预测的准确率为90%以上。

本研究只纳入乙肝后肝硬化人群,严格排查其他可能导致肝硬化的病因,使结果更加符合该类疾病的特征。本研究采用的指标易于获得且无创伤,影像学指标由2名有丰富经验的医师独立测得后,再对比其差异,如果数值相同就采用,如果不相同就共同商议后,再次测量得出结果,保证了测量数值的可靠性。我国欠发达地区的医院里可能没有CT,但超声设备普遍存在,而且超声检查价格便宜。本研究既建立了基于CT的模型,又建立了基于超声的模型,这样适用地区更加广泛,同一个患者可同时用两种模型用于预测其出血风险,增加了预测准确率。

本研究不足之处在于:一是研究纳入的指标还有所欠缺,如肝脏体积、肠系膜上静脉直径、门静脉流量和流速等动态特性的测量,这些指标对出血风险可能会有所影响;在将来的研究中,可进一步纳入更多的指标进行观察。二是样本量还不足够大,应进行大样本的多中心研究,以进一步修改和验证所得的结果。

综上所述,本研究提出了一种基于实验室指标和腹部CT、超声指标来评估肝硬化食管胃静脉曲张出血风险的评价体系,该评价体系具有无创伤、简单可重复的优点,相信通过不断地完善,它将为临床工作提供可信赖的判断依据。

参考文献
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http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201806160
中国人民解放军总政治部、国家科技部及国家新闻出版署批准,
由第三军医大学主管、主办

文章信息

徐征国, 刘恩, 赵泳冰, 杨仕明.
XU Zhengguo, LIU En, ZHAO Yongbing, YANG Shiming.
基于CT或超声的两种无创模型预测肝硬化后食管胃静脉曲张出血风险
Prediction of bleeding risk for gastroesophageal varices by CT/ultrasound-based noninvasive models
第三军医大学学报, 2018, 40(21): 1978-1984
Journal of Third Military Medical University, 2018, 40(21): 1978-1984
http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201806160

文章历史

收稿: 2018-06-25
修回: 2018-09-27

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