胡云涛，刘念，黄小华*

0 前言

在急性胰腺炎（acute pancreatitis, AP）中，大约有10%～30%的患者会出现复发性急性胰腺炎（recurrent acute pancreatitis, RAP）[1-2]。RAP 反复发作会增加患者进展为慢性胰腺炎或胰腺癌的风险，因此早期预防RAP 发生十分重要[3]。影像组学自2012 年提出后迅速发展[4-6]，尤其对于疾病的诊断及鉴别诊断、预后及疗效评估的研究更为深入，如在对肺部结节、乳腺癌、前列腺癌、AP 等研究中已取得初步成就[7-14]。但目前对于影像组学特征所代表的生物学意义尚未清楚，导致影像组学特征的可解释性较差，因此本研究初步探讨了基于T2WI 序列RAP 的影像组学特征与临床特征之间的相关性，间接反映影像组学特征的生物学意义。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究遵守《赫尔辛基宣言》，通过川北医学院附属医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：2020ER203-1。回顾性分析2016 年1 月至2020 年12 月期间在川北医学院附属医院经MRI、临床和生化检查诊断为AP 的患者病例200 例。本研究通过电话或有无再次因AP 住院记录随访两年，将200 例患者分为初发AP 组127 例，RAP 组73 例。AP 组有并发症94 例（急性液体积聚73 例、急性坏死物积聚15 例、胰腺假性囊肿6 例），RAP 组有并发症48 例（急性液体积聚35 例、急性坏死物积聚4 例、胰腺假性囊肿3例，包裹性坏死6例）。

1.2 纳入及排除标准

初发性AP 组纳入标准：符合《亚特兰大分类法》AP 诊断指南标准[15]，AP 首次发作有且仅有一次。根据MR严重指数（MR Severity Score Index, MRSI）评分分为轻度（0～3 分）、中度（4～6 分）、重度（7～10分）[16]。RAP组纳入标准：按照RAP的诊断标准[17]，同时满足以下2条标准：（1）有至少2次AP发作；（2）两次AP发作之间至少间隔3个月。AP组排除标准：（1）慢性胰腺炎急性发作、胰腺肿瘤等胰腺其他疾病；（2）图像模糊、扫描参数不一致。RAP组排除标准：（1）慢性胰腺炎、胰腺肿瘤等胰腺其他疾病；（2）图像模糊、扫描参数不一致；（3）临床数据不完整、失访患者[9]。

1.3 扫描方案

采用美国GE 公司Discovery MR750 3.0 T MRI扫描仪，32 通道体部相控阵列线圈进行检查。嘱患者检查前禁食、禁水，并进行呼吸训练。采取仰卧位足先进。呼吸门控置于腹部起伏最大处。扫描范围覆盖整个上腹部。扫描参数：轴位T2WI 单次激发快速自旋回波序列，视野34.0 cm×34.0 cm，矩阵320×256，层 厚6.0 mm，间 距2.0 mm，重 复 时 间4500～6000 ms，回波时间90～120 ms。

1.4 图像分割及特征提取

由两名具有5 年腹部影像诊断经验的放射科主治医生分别使用IBEX软件（IBEX，β1.0，http://bit.ly/IBEX_MDAnderson，基于matlab 的开源软件）来勾画胰腺周围三维感兴趣区，包括胰腺的坏死区域，并避免胆总管和血管等（图1）[9]。将图像进行重采样，从T2WI 图像中共提取了1353 个特征，重采样x、y、z参数为1、1、1。

图1 男，47 岁，急性胰腺炎，感兴趣区勾画示意图。勾画胰腺周围三维感兴趣区，包括胰腺的坏死区域（1A），并避免胆总管和血管（1B）。Fig.1 Male, 47 years old, acute pancreatitis, delineation of region of interest.The region of interest around the pancreatic parenchyma is delineated, including the necrotic area of the pancreas (1A)， the common bile duct and blood vessels are avoided (1B).

1.5 观察者内及观察者间一致性检验

由上述两名放射科医生分别勾画所有入组患者首次扫描图像的感兴趣区域，提取特征并进行比较，以评估观察者之间影像组学特征的一致性（intra-class correlation coeficient, ICC）。2 周后，从所有患者中随机抽取50 例的T2WI 图像，由其中一名放射科医生再次勾画靶区并提取特征，与第一次的特征进行比较，以评估观察者内一致性[9]。

1.6 特征筛选及相关性分析

通过Z-score 标准化后的数据进行正态和方差齐性检验，再通过两个独立样本t检验或者Mann-WhitneyU检验进行第一次降维，随后再采用最小绝对收缩和选择算子（least absolute shrinkage and selection operator, LASSO）算法进行第二次降维。将剩余的影像组学特征与差异有统计学意义的临床特征进行相关性分析，P＜0.05 为具有相关性，r值＞0.5认为具有强相关性。

1.7 统计学分析

所有数据使用R软件（版本3.5.2，https://cran.r-project.org）和SPSS（版本27.0）软件进行统计学处理。对于计量资料采用Kolmogorov-Smirnov 检验是否服从正态分布，以及是否满足方差齐性，同时符合以上两个条件采用两个独立样本的t检验，否则采用Mann-WhitneyU检验。采用卡方检验比较AP 组和RAP 组的性别、并发症、酗酒、高脂血症、胆结石差异。等级资料采用非参数的秩和检验，比较AP 组和RAP组的严重程度差异。

2 结果

2.1 一般资料

本研究共纳入AP 患者病例200 例，其中AP 组127 例，RAP 组73 例。AP 组胆囊结石43 例、胆管结石2例、肝内胆管结石1例，RAP组胆囊结石25例，胆管结石4 例。AP 组的年龄为（48±15）岁，RAP 组的年龄为（47±15）岁。本研究对AP组及RAP组患者的一般资料进行比较，发现性别（P=0.010）、酗酒（P=0.004）、高脂血症（P＜0.001）、严重程度（P＜0.001）差异有统计学意义。而年龄（P=0.672）、胆结石（P=0.622）、并发症（P=0.215）差异无统计学意义（表1）。

表1 临床资料Tab.1 Clinical data

2.2 一致性检验、降维和特征筛选

通过观察者内ICC 检验后筛选出ICC＞0.75 的特征1141 个，通过观察者间ICC 检验后保留ICC＞0.75 的特征761 个。随后进行单因素t检验或者Mann-WhitneyU检验和LASSO降维，经单因素分析后T2WI 数据集还有749 个特征。通过调整LASSO 正则化最佳参数λ值，进行10 倍交叉验证，获得λ值为0.016，并选择最简洁模型时的剩余特征数，最后T2WI 数据集剩余9 个特征（集群趋势、方差、2 个相关性、短游程低灰度优势、范围、总平均数、表面积密度、四分位数）（图2～3）。

图2 影像组学特征观察者一致性检验。2A：观察者组内的影像组学特征一致性评估，剩余1141个特征；2B：观察者组间的影像组学特征一致性评估，剩余761个特征。红线以上（ICC＞0.75）表示特征具有良好的稳定性或观察者间/内一致性。ICC：组内相关系数。 图3 LASSO特征选择图。3A：图中曲线代表特征的变化轨迹，黑色垂直线定义了λ的最佳值为0.016；3B：左侧和右侧的虚线分别代表二项式偏差最小模型原则和距离二项式偏差最小值的一个标准差范围内的最简洁模型原则，本研究中采用最简洁模型原则。LASSO：最小绝对收缩和选择算子。Fig.2 Observer consistency test of radiomics features.2A: Intra-observer consistency evaluation of radiomics features, 1141 remaining features; 2B: Inter-observer consistency evaluation of radiomics features, 761 remaining features.A correlation coefficient greater than 0.75 (above the red line) indicates good feature stability or inter-/intra-observer consistency.ICC: intra-class correlation coefficient.Fig.3 LASSO feature selection diagram.3A: The curve in the figure represents the trajectory of feature changes, and the black vertical line defines the optimal value of lambda as 0.016; 3B: The dashed lines on the left and right represent the principle of the minimum binomial bias model and the principle of the simplest model within one standard deviation from the minimum binomial bias, respectively.The principle of the simplest model within one standard deviation is used in this study.LASSO: least absolute shrinkage and selection operator.

2.3 影像组学特征与临床特征相关性

并发症与范围（r=0.606，95%CI：0.508～0.690；P＜0.01）、总 平 均 数（r=0.606，95%CI：0.508～0.690；P＜0.01）、四 分 位 数（r=0.606，95%CI：0.508～0.690；P＜0.01）呈强正相关；胆结石与短游程低灰度优势特征呈强正相关（r=0.575，95%CI：0.470～0.663；P＜0.01）；高脂血症与总平均数（r=0.501，95%CI：0.386～0.601；P＜0.01）、四分位数（r=0.575，95%CI：0.470～0.663；P＜0.01）呈强正相关；酗酒与范围（r=0.699，95%CI：0.618～0.765；P＜0.01）、总 平 均 数（r=0.822，95%CI：0.770～0.864；P＜0.01）、四 分 位 数（r=0.699，95%CI：0.618～0.765；P＜0.01）呈强正相关（表2）。

表2 影像组学特征与临床特征的相关性Tab.2 Correlation between radiomics features and clinical features

3 讨论

目前影像组学在AP 复发中已初有研究，但传统影像组学研究只探讨模型的预测或者诊断效能。而关于影像组学特征潜在的生物学意义的研究较少，导致影像组学特征的解释性较差。本研究在传统的影像组学基础上，分析了RAP患者影像组学特征与临床特征之间的相关性，发现并发症与范围、总平均数、四分位数呈强正相关；胆结石与短游程低灰度优势特征呈强正相关；高脂血症与总平均数、四分位数呈强正相关；酗酒与范围、总平均数、四分位数呈强正相关。本文在此结果上探讨了影像组学特征所潜在的生物学意义，为影像组学治疗RAP时提供一定的参考。

3.1 影像组学特征和临床特征差异

本研究中共提取了T2WI 图像1353 个特征，经过ICC 分析和降维后剩余9 个最佳影像组学特征（集群趋势、方差、2个相关性、短游程低灰度优势、范围、总平均数、表面积密度、四分位数）。其中集群趋势、方差、相关性、总平均数属于灰度共生矩阵，反映图像灰度在步长、方向等变化的综合信息。短游程低灰度优势属于灰度游程矩阵，反映的是用具有相同灰度级的像素点分析纹理图像度量，主要用于线性结构纹理的分析。范围、四分位数属于灰度直方图，用常用基础的度量值反映图像中像元灰度的分布规律。表面积密度属于形状，反映三维ROI轮廓的基本信息特征[9]。

另外，多数研究表明胆道疾病、高脂血症、酗酒、年龄、性别等是RAP 高危因素，尤其中年男性受工作环境影响发病率较高[18-22]。性别、酗酒、高脂血症、严重程度风险因素在本研究中均得到证实，而年龄、胆结石差异无统计学意义，此结果可能是受RAP组样本量相对较少的影响。

3.2 影像组学特征与临床特征相关性

并发症（急性液体积聚、急性坏死物积聚、胰腺假性囊肿、包裹性坏死、胰周脓肿）[23-25]常见于中重度AP患者，并发症的有无及分类是AP复发因素，本研究发现并发症与范围、总平均数、四分位数具有强相关性，原因可能是AP 并发症的出现加剧了胰腺腺泡细胞和胰岛的损伤，从而引起胰腺在MRI 信号上的改变[26]。胆结石是引起AP 最常见因素之一，本研究发现胆结石与短游程低灰度优势具有强相关性，分析原因可能是结石的大小和结石出现的位置引起胆胰管梗阻、胰液分泌受限[27-28]，进一步引起胰腺损伤从而导致图像上的改变。随着近年来生活水平的改善，肥胖、高脂血症的发病率逐渐增高，而高脂血症会诱发AP，高脂血症性AP 患者容易复发[29-31]，且复发后治疗较为困难和复杂，本研究发现高脂血症与总平均数、四分位数具有强相关性，分析原因可能是脂质浸润胰腺细胞所致[32]，从而引起胰腺在影像上的变化。众所周知，随着酒精剂量增加AP 发生风险也随之增加[33]，有研究提出酒精会导致胰腺导管内蛋白质堆积引起腺泡细胞萎缩和纤维化[34-36]，从而引起胰腺在图像上信号和形态的改变，而本研究发现酗酒与范围、总平均数、四分位数特征具有强相关性。以上结果间接反映了影像组学特征所代表的生物学意义，当患者的影像组学特征（集群趋势、方差、2个相关性、短游程低灰度优势、范围、总平均数、表面积密度、四分位数）出现差异时，我们应当思考患者是否存在以上病因，从而为治疗和预防RAP提供一定的指导。

3.3 局限性

本研究具有以下局限性：（1）未纳入更多的数值型生化指标；（2）由于并发症和胆结石位置种类较多，而本研究RAP 数据量较少，不能很好反映各种并发症和胆结石位置与影像组学特征的关系；（3）AP 靶区勾画存在一定难度，需要具有丰富诊断经验的医师指导；（4）未联合多参数序列比较。所以在未来的研究中，将会纳入更多的临床指标和多参数序列去探索影像组学特征所潜在的生物学意义。

4 结论

综上所述，RAP 影像组学特征与临床特征具有一定相关性，可潜在反映影像组学特征的生物学意义。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：黄小华设计本研究的方案，对稿件重要内容进行了修改；胡云涛起草和撰写稿件，获取、分析或解释本研究的数据；刘念分析本研究的数据，对稿件进行了修改，并获得了四川省科技创新苗子工程项目资金资助；全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。