基于列線圖的高血壓患者大腦中動脈動脈瘤的破裂風險預測

蘇娜，周甲豐，林博麗，朱冬勤，楊運俊，陳勇春

溫州醫科大學附屬第一醫院 放射科，浙江 溫州 325015

隨著CT血管成像（computed tomography angiography, CTA）、磁共振血管成像（magnetic resonance angiography, MRA）等非侵入式檢查技術的發展和普及，未破裂顱內動脈瘤的檢出率越來越高[1-3]，其中大腦中動脈（middle cerebral artery, MCA）是未破裂顱內動脈瘤最常見的部位[4]。高血壓是未破裂顱內動脈瘤患者常見的合并癥，約有一半的未破裂顱內動脈瘤患者合并高血壓[5]。既往研究表明高血壓是顱內動脈瘤破裂的獨立危險因素[6-8]。然而目前專注于合并高血壓的MCA動脈瘤的破裂風險研究少見，亦缺乏臨床實用的動脈瘤破裂風險預測模型。因此，本研究以合并高血壓的MCA動脈瘤患者作為研究對象，探討高血壓患者MCA動脈瘤破裂的危險因素，并構建列線圖預測模型，旨在為顱內動脈瘤的臨床個性化診療提供可視化依據。

1 資料和方法

1.1 一般資料 收集2009年1月至2020年6月溫州醫科大學附屬第一醫院住院治療的合并高血壓的MCA動脈瘤患者的臨床及影像資料。納入標準：①經CTA診斷為MCA動脈瘤的患者；②合并高血壓病史。排除標準：①多發顱內動脈瘤、夾層動脈瘤、梭形動脈瘤或假性動脈瘤；②合并血管畸形、煙霧病等；③CTA圖像質量不符合診斷要求。從醫院的電子病歷系統收集臨床資料，包括性別、年齡、吸煙史和高血壓病史。高血壓病史是指收縮壓≥140 mmHg和（或）舒張壓≥90 mmHg的長期高血壓病史。最終納入254例合并高血壓的MCA動脈瘤患者，其中破裂動脈瘤175例，未破裂動脈瘤79例，年齡（59.5±10.4）歲，男122例，女132例。

1.2 CTA檢查及圖像重建 CTA檢查由3 臺不同的CT掃描儀完成，包括320 排CT（日本東芝公司，Aquilion ONE）、64 排螺旋CT（美國通用公司，Lightspeed VCT）和16層螺旋CT（美國通用公司，Lightspeed pro）。CTA掃描參數詳見文獻報道[9-11]。掃描結束后，所有數據上傳至后處理工作站（Version 4.6, GE Medical Systems）進行重建，充分顯示動脈瘤及其周圍血管。

1.3 MCA動脈瘤形態學參數 包括動脈瘤大小、瘤頸、動脈瘤高度、垂直高度、血管管徑、縱橫比、尺寸比、動脈瘤角度、血管角度、血流角度、動脈瘤朝向、動脈瘤位置、不規則形態以及子囊，見圖1。動脈瘤形態學參數具體定義詳見文獻報道[9-10]。①血管管徑：近瘤頸端血管管徑（D1）與1.5倍D1處血管管徑（D2）的平均值；②縱橫比：垂直高度與瘤頸寬度的比值：③尺寸比：動脈瘤高度與血管管徑的比值；④動脈瘤位置：M1段分叉處動脈瘤和非M1段分叉處動脈瘤；⑤動脈瘤朝向：橫斷面朝向（前、后、中間）和冠狀面朝向（上、下、中間）。

圖1 MCA動脈瘤形態學參數示意圖

1.4 統計學處理方法 采用SPSS22.0軟件進行統計學分析。計量資料用M（P25，P75）表示，采用Mann-WhitneyU檢驗；計數資料用頻數（百分比）表示，采用χ2檢驗。將單因素分析結果中P＜0.1的參數納入多因素Logistic回歸分析，并構建列線圖預測模型（R語言軟件https://www.R-project.org）。采用受試者工作特征曲線下面積（area under receiver operating characteristic curve, AUC）評估模型的診斷效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床及形態學特征 臨床及形態學特征見表1。合并高血壓的MCA動脈瘤破裂率為68.9%。MCA動脈瘤破裂組患者較未破裂組更年輕（P＜0.05），但兩組間性別和吸煙史差異無統計學意義（P＞0.05）。相比于未破裂組，破裂組患者的動脈瘤大小、尺寸比、縱橫比和血管角度更大，而血管管徑和動脈瘤角度更小，差異均有統計學意義（P＜0.05）。兩組間動脈瘤位置、動脈瘤朝向、不規則形態及子囊差異均有統計學意義（P＜0.05）。其中，分叉處動脈瘤占63.4%，分叉處動脈瘤破裂率為77.6%。

表1 合并高血壓的MCA動脈瘤患者的臨床及形態學特征

2.2 多因素Logistic回歸分析 將單因素分析結果中P＜0.1的變量作為自變量、破裂與否作為因變量，進行多因素Logistic回歸分析，結果顯示，性別、年齡、動脈瘤大小、縱橫比、動脈瘤角度、不規則形態和位置與高血壓患者MCA動脈瘤破裂密切相關（均P＜0.05）。其中性別、縱橫比、不規則形態和位置是高血壓患者MCA動脈瘤破裂的獨立危險因素。

2.3 列線圖預測動脈瘤破裂風險 列線圖構建的預測模型具有良好的診斷效能（AUC=0.866，95%CI= 0.818～0.905），預測準確率為82.68%，靈敏度為83.43%，特異度為72.15%（見圖2）。與其他因素相比，縱橫比占據了列線圖評分標度的較大部分（見圖3）。進一步ROC曲線分析顯示，縱橫比閾值為0.8時具有良好的診斷效能（AUC=0.782），預測準確度為74.41%，靈敏度76.00%，特異度72.15%。列線圖對高血壓患者MCA動脈瘤破裂風險的預測值和實際觀測值之間具有良好的一致性，見圖4。高血壓患者MCA動脈瘤破裂的風險預測示例：男性患者，57歲，動脈瘤位于M1段分叉處，形態不規則，大小為

圖2 高血壓患者MCA動脈瘤破裂風險預測模型的ROC曲線

圖3 預測高血壓患者MCA動脈瘤破裂風險的列線圖

圖4 高血壓患者MCA動脈瘤破裂的風險預測模型列線圖的校準曲線

7.4 mm，縱橫比為0.87，動脈瘤角度為59.1°。依據列線圖進行各項得分評估，計算出總得分約為111.5，對應風險評估為0.896，即本例動脈瘤破裂風險為89.6%，見圖5。

圖5 高血壓患者MCA動脈瘤破裂的風險預測示例

3 討論

本研究構建了高血壓患者MCA動脈瘤破裂風險模型，具有良好的預測性能，并進一步提供列線圖以便于臨床實際應用。研究發現，縱橫比、不規則形態、位置和性別是高血壓患者MCA動脈瘤破裂的獨立危險因素。

3.1 高血壓對顱內動脈瘤破裂的影響 既往研究表明高血壓是顱內動脈瘤破裂的獨立危險因素，并將其納入破裂風險評分[5-8]。一項基于6項前瞻性隊列研究數據的匯集分析顯示，合并高血壓的未破裂顱內動脈瘤患者的PHASES評分增加1分[12]。ZHU等[13]通過機器學習方法研究1 897例穩定和不穩定未破裂顱內動脈瘤的臨床及形態學特征，發現高血壓為動脈瘤不穩定的危險因素。高血壓患者動脈瘤破裂率與非高血壓患者存在差異。XIA等[14]對574例前交通動脈動脈瘤患者的研究發現，高血壓患者動脈瘤破裂率為88.76%。本研究結果顯示，高血壓患者MCA動脈瘤破裂率為68.9%，較文獻報道的前交通動脈動脈瘤破裂率低。最近發表的一項中國顱內動脈瘤研發項目，回顧性分析了20個醫療中心的3 965 例囊性顱內動脈瘤患者的前瞻性數據，結果顯示高血壓患者顱內動脈瘤破裂率為53.98%，其中未定期高血壓監測的高血壓患者顱內動脈瘤破裂率為71.02%[15]。高血壓可導致復雜的血管內血流動力學環境，尤其是顱內血管分叉處[16-17]。其形成的高血流動力學壓力增加顱內動脈分叉處血管壁剪切力的作用，是引起動脈壁破壞性重建的重要作用力。此外，高血壓會導致動脈瘤腔內長期的低剪切力環境，從而促進血管壁發生炎性反應并導致動脈粥樣硬化，引起動脈瘤壁變脆變薄，增加動脈瘤的破裂風險。因此，對于合并高血壓的未破裂顱內動脈瘤患者應維持血壓正?；?，從而降低動脈瘤的破裂風險[15]。

3.2 動脈瘤破裂的風險預測模型 近年來已有大量文獻基于動脈瘤形態學、血流動力學、影像組學等參數構建顱內動脈瘤破裂風險的預測模型。顏格等[18]基于112例顱內動脈瘤患者的臨床及CTA形態學特征，構建動脈瘤破裂的風險預測模型，其預測準確度為78.5%，AUC為0.806。CHEN等[19]基于1 007例顱內動脈瘤患者的臨床、CTA形態學和血流動力學信息，構建多種模型預測顱內動脈瘤的破裂風險并進行驗證，模型最高AUC為0.886，準確度為82.3%。ALWALID等[20]基于393 例顱內動脈瘤患者的CTA圖像的影像組學特征，構建動脈瘤破裂的風險預測模型并進行驗證，預測準確度為76%，AUC為0.86。顱內動脈瘤進一步亞組研究表明，MCA動脈瘤破裂的風險預測模型亦具有良好的預測性能。LIU等[9]基于臨床和CTA形態學特征預測MCA動脈瘤的破裂風險，預測模型AUC為0.76。一項多中心研究基于臨床、CTA形態學及影像組學模型預測MCA動脈瘤破裂的風險，結果表明在訓練數據集、時間驗證數據集和外部驗證數據集中AUC分別為0.848、0.865和0.721，預測準確度分別為0.795、0.813和0.733[21]。與既往研究結果類似，本研究基于動脈瘤CTA形態學對高血壓患者MCA動脈瘤破裂風險進行預測，預測準確度為82.68%，模型具有良好的診斷效能（AUC=0.866）。

3.3 動脈瘤破裂的獨立危險因素 既往研究表明顱內動脈瘤破裂的相關危險因素繁多且不統一，包括臨床（性別、年齡、吸煙、高血壓等）、形態學（大小、形狀、位置、縱橫比值、尺寸比值等）、血流動力學（壁面切應力、震蕩剪切指數等）以及影像組學等特征。本研究結果顯示，縱橫比、不規則形態、位置和性別是高血壓患者MCA動脈瘤破裂的獨立危險因素。既往研究發現女性患者顱內動脈瘤破裂風險高于男性，主要是因為女性體內雌激素會在絕經后明顯下降，進而降低組織內的膠原蛋白水平，增加血管脆性[22]。近期一項Meta分析結果亦表明女性顱內動脈瘤破裂的風險高于男性，但這種性別差異不能用動脈瘤破裂相關的臨床和形態學危險因素的差異來解釋[23]。他們認為，與男性相比，女性未破裂顱內動脈瘤患者采用更積極的治療方法是合理的。有研究認為不規則形態與顱內動脈瘤壁的不穩定性和更高的破裂風險有關，其原因可能是不規則形態造成動脈瘤瘤腔內血流動力學改變，進而加重血管壁內皮細胞損害[24-25]。動脈瘤形態不規則被認為是血管壁破壞性重塑、血栓形成或血管壁增生所致。有研究報道，分叉處動脈瘤是MCA最常見的動脈瘤，破裂率遠高于MCA其他部位，而且與嚴重出血或血腫有關[26-27]。本研究結果顯示分叉處動脈瘤占比為63.4%，分叉處動脈瘤破裂率為77.6%，與既往報道類似。這可能與分叉處MCA復雜的解剖結構及血流動力學特征有關。

縱橫比是指動脈瘤垂直高度與瘤頸寬度的比值，被認為與動脈瘤的破裂密切相關[28]。本研究亦表明縱橫比是高血壓患者MCA動脈瘤破裂的獨立危險因素。縱橫比值越高，動脈瘤破裂風險越大。既往研究認為縱橫比大于某區間上限時（1.4或1.6），動脈瘤瘤腔內的血流速度明顯升高，進而導致動脈瘤破裂風險增加[29]。雖然已有較多研究結果表明縱橫比的重要性，但各個研究得出的閾值并不一致[28-30]。本研究結果顯示高血壓患者MCA動脈瘤的縱橫比閾值為0.8時，其破裂風險預測準確度為74.41%，AUC為0.782。本研究中縱橫比的閾值明顯低于既往研究，可能與本研究對象為合并高血壓的MCA動脈瘤患者有關。SUN等[31]對顱內動脈瘤進行血流動力學分析顯示，當血壓從120/80 mmHg升高至160/100 mmHg時，最大壁應力增加30%～40%，且在縱橫比大的顱內動脈瘤中增加更高，而時間平均剪切力均降低，提示高血壓狀態下，顱內動脈瘤長期受低剪切力影響，破裂風險增加。因此筆者推測縱橫比可能是反映高血壓與MCA動脈瘤破裂相關的形態學參數，但需后續進一步研究證實。

本研究尚有一定的局限性。首先，本研究為單中心回顧性研究，將有高血壓病史的MCA動脈瘤患者納入研究，并未考慮到高血壓患者日常血壓控制情況對研究結果的影響；其次，本研究僅分析了MCA動脈瘤患者的臨床因素和CTA形態學特征，并未納入血流動力學和影像組學等特征；第三，本研究采用傳統的人工方法測量動脈瘤的形態學參數，并未應用自動分割測量方法。因此，本研究結果有待后續結合血流動力學、影像組學等特征分析，借助機器學習方法構建更精準的預測模型，并進行多中心研究驗證。

綜上所述，縱橫比、不規則形態、位置和性別是高血壓患者MCA動脈瘤破裂的獨立危險因素，臨床實際工作中需引起重視；基于列線圖預測高血壓患者MCA動脈瘤的破裂風險具有可行性，為臨床個性化診療提供可視化依據。