文摘
客观的。早期诊断过敏性支气管肺的曲霉病(ABPA)和有针对性的治疗可以阻止疾病的过程。本研究探讨了CT的诊断价值radiomics加上过敏ABPA的临床特征。方法。总共40 ABPA患者回顾性研究,分为训练集( )和测试集( )。基于CT成像,radiomics特征被提取,结合临床特征建立诊断模型。诊断模型是基于支持向量机算法。接受者操作特性曲线(ROC)和曲线下面积(AUC)被用来评估模型的诊断效率。结果。没有显著差异之间的一般信息和临床数据(训练集和测试集 )。训练集和测试集的AUC是0.896(95%可信区间:0.836 - -0.963)和0.886(95%置信区间:0.821—-0.952),分别。结论。基于CT radiomics模型结合临床资料,它在ABPA的诊断具有较高的效率。
1。介绍
过敏性支气管肺的曲霉病(ABPA)是一个来自烟曲霉菌引起的过敏性和非感染性肺疾病,这是一个来自烟曲霉菌引起的过敏性疾病(1]。ABPA的发病机制尚不清楚,可能与遗传因素有关。吸入来自烟曲霉属真菌的孢子后,遗传易感个体的支气管显示来自烟曲霉菌真菌抗原的免疫反应,纤毛清除功能受损和作为一个障碍,引起肺浸润和近端支气管扩张(2]。由于反复接触曲霉属真菌抗原引起的持续呼吸道真菌,ABPA的特点是早期的过敏反应和晚期肺损伤(3- - - - - -5]。
临床表现ABPA的急性或慢性疾病的课程。最常见的症状是复发性哮喘,和全身症状,如发热、头痛,疲劳可能发生在急性发作(6]。ABPA临床上并不常见,及其发生率很低,所以它经常被误诊为慢性肺炎、支气管扩张感染,肺结核,肺肿瘤(7]。临床上,由于误诊患者无法得到正确的治疗,这种疾病经常反复出现,最终导致肺纤维化和呼吸衰竭(8]。因此,早期诊断对病人的预后和预后具有重要意义。
Radiomics方法可以通过机器,将图像转换为高维特征,使数字图像(9- - - - - -12]。近年来,CT成像的应用组学在医学诊断系统已经逐渐成熟了(13]。因此,本文旨在探索CT的诊断价值radiomics ABPA结合临床特点诊断。
2。方法
2.1。临床数据
总共有40 ABPA患者临床诊断的过敏的合肥第三人民医院,呼吸和重症监护医学部门安徽医科大学第二医院和首都医科大学北京朝阳医院从2017年到2021年。有16个男性和24岁女性,年龄在21 - 84年( 年)。临床表现主要是气喘、咳嗽、咳痰、胸闷、和支气管哮喘的历史。
临床诊断病例,他们遇到了ABPA的主要和次要的诊断标准建立的国际社会对人类和动物真菌学(ISHAM) [14]。入选标准:(1)支气管哮喘;(2)对来自烟曲霉菌的IgE水平升高;(3)总IgE水平升高(> 1000国际单位/毫升);(4)嗜酸性粒细胞总数> 500细胞/μL类固醇天真的患者(可能是历史);(5)胸部影像学特征符合ABPA可能瞬态(即。,consolidation, nodules, tram-track opacities, toothpaste/finger-in-glove opacities, and fleeting opacities) or permanent (i.e., parallel line and ring shadows, bronchiectasis, and pleuropulmonary fibrosis). If the patient has symptoms and signs of type I and III allergy and infection of bronchus and lungs by Aspergillus, and Aspergillus hyphae are found on the smear of deep bronchial secretion or Aspergillus grows for many times, it can be diagnosed as ABPA [15]。排除标准:(1)病人已经严重肺功能障碍和(2)肺恶性肿瘤的可能性。在这项研究中,40例符合以上诊断标准。
2.2。仪器和方法
GE64-row光速利用螺旋CT扫描,和所有图像原始数据被传输到ADW4.4工作站后处理。扫描参数:140千伏管电压、管电流300毫安,转速0.6 r / s,螺距0.984:1,准直器宽度 层,和扫描层厚0.625毫米。肺窗被骨算法重建,重建的层的厚度是1.25毫米。纵隔窗是由软组织重建算法,重建层厚度为5毫米,重建间隔0毫米,和一个矩阵 。所有病人在仰卧位用双手在头上,和扫描范围是3厘米的胸隔膜的入口。增强胸部扫描:使用非离子碘对比剂浓度320 mgI /毫升,剂量的1.3毫升/公斤,扫描参数相同的普通扫描。
2.3。图像分割
在图像病变的最重要部分,图像窗口宽度和窗口位置统一(设置窗口宽度400年胡锦涛和40胡)的窗口位置。然后,使用ITK-SNAP 3.8软件,感兴趣的区域(ROI)划定在病灶轮廓。10年的工作经验的主治医生辐射诊断专业使用盲方法检查了ROI(图1)。进口的最大切片图像focus-enhanced CT横轴,和相应的ROI图像卷入A.K.软件特征提取。有396个特征从轴向最大的切片图像中提取的病变,包括形态学特征、一阶直方图特性,二阶直方图特性,以及高阶特性。
(一)
(b)
2.4。特征提取
患者随机分为培训集团( )和验证组( )根据7:3。首先,规范数据指标,消除差异的影响维度和价值范围。最小冗余最大相关性(mRMR)算法用于初步筛选功能训练集,消除冗余和不相关特性和保留最大的特性预测效率。
在这项研究中,“最小最大规范化”用于线性变换原始数据并将数据映射到[0,1],促进综合分析,使结果更加准确。
最后,至少绝对收缩和选择算子(套索)算法应用于进一步的屏幕其余组学特征。目标函数的基于套索回归预测模型表示如下:
2.5。模型的建立和验证
支持向量机(SVM)分类器是用来建立一个诊断模型结合临床因素和成像特点。支持向量机的线性不可分的数据投射到高维空间映射函数,所以在这个空间变得线性可分的特性,然后除以一个超平面的特性最大边界间隔。训练集和测试集模型的有效性验证。具体的过程如图2。
3所示。结果
3.1。一般信息和临床数据
一般信息和临床数据的患者在训练集和测试集进行了分析。没有显著差异在性别、年龄、气喘、咳嗽、咳痰、发热、湿声音,喘息的声音,总IgE,曲霉属真菌之间的训练集和测试集( )(图3)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
3.2。选择的图像特征
总共有936 radiomics特征提取,和6最佳radiomics特性得到处理后,即squareroot-glcm-inverse方差(Squareroot-IV) square-glcm-inverse方差(Square-IV)的exponential-MCC (E-MCC)的squareroot-MCC (S-MCC)的firstorder-kurtosis(颗),和小依赖的低灰度强调(SDLGLE)。图4展示了六个成像特性安排按照从低到高权重系数。
3.3。模型的组成和预测效率
诊断模型由中央支气管扩张的临床资料;扩张支气管黏液状的压紧,圆柱形容器像牙膏;斑片状浸润;和小叶中心的结节伴模式,并提取六radiomics特征。在训练集,曲线下的面积(AUC)的模型为0.896(95%置信区间:0.836—-0.963)。在测试设置中,模型的AUC为0.886(95%置信区间:0.821—-0.952)。(图诊断模型具有较高的预测效率5)。
(一)
(b)
4所示。讨论
ABPA主要由曲霉属真菌感染引起的,和来自烟曲霉菌是临床上最常见的。健康的人很少引起ABPA因为支气管mucosa-epithelial屏障的功能,黏膜纤毛的清除,肺泡巨噬细胞的吞噬作用。ABPA的哮喘或囊性纤维化患者中是很常见的,也是gene-phenotype相关的主机16]。曲霉属真菌时吸入的遗传易感个体,它释放抗原,蛋白水解酶,和其他有毒物质激活T淋巴细胞,释放白细胞介素- 4 (IL) IL-5, IL-13,分泌IgE抗体和免疫球蛋白,作用于肥大细胞,肺泡巨噬细胞,嗜酸性粒细胞,导致气道壁的炎症反应和周围肺组织,导致粘液腺分泌的增加伴随着支气管痉挛(17,18]。随着疾病的发展,支气管粘液压紧和嗜酸性粒细胞肺炎可以看到,其次是闭塞性细支气管炎和肺间质纤维化(19]。
ABPA可以发生在任何年龄,但大多数是中年人和老年人,和没有明显的性别差异20.]。临床表现可以是急性或慢性疾病,最常见的症状是复发性哮喘,和系统性症状如发烧、头痛,疲劳可能发生在急性发作(6]。HRCT检查显示中央支气管和肺实质的变化,和血液检查显示,外周血嗜酸性粒细胞增加。血清免疫学检查显示总IgE,来自烟曲霉菌的IgE,免疫球蛋白抗体增加(21]。我们的研究表明,IgE和嗜酸性粒细胞ABPA患者显著增加。Muthu et al。22系统地评估和meta-analyzed先前的研究。他们的研究结果显示,重组来自烟曲霉属真菌抗原IgE可能ABPA的早期诊断中起着必不可少的作用。
ABPA的病理特征主要包括中央支气管扩张和noncaseous肉芽肿形成(23]。主要的改变是中央肉芽肿在支气管和细支气管,特点是支气管壁水肿和炎症细胞的浸润,如嗜酸性粒细胞。中央支气管扩张扩张段的影响,subsegmental支气管,正常的远端支气管。软组织密度粘液栓中可以看到扩张支气管的腔。粘液栓的主要组件是粘液和曲霉菌丝24]。反复如果疾病恶化,气道结构将永久破坏,最终导致肺间质纤维化(25]。中央支气管扩张;扩张支气管黏液状的压紧,圆柱形容器像牙膏;斑片状浸润;和小叶中心的结节伴模式可能出现在胸部CT ABPA患者,但胸腔积液是罕见的在成像(26]。中部ABPA患者支气管扩张和高衰减粘液栓塞是最严重的和容易反复攻击。因此,早期诊断和有效是ABPA的个性化治疗和预后的关键。
ABPA的临床诊断主要是基于以下临床指标:是否有哮喘症状,曲霉属真菌抗原皮试阳性反应迅速,明显增加血清球蛋白和免疫球蛋白抗体滴度,并结合成像数据进行诊断(27]。在这项研究中,ABPA的诊断效能评估通过构造CT radiomics结合临床资料。在这项研究中,6成像组学特征是包括在预测,AUC培训组,和验证组达到0.896和0.886,分别显示良好的诊断能力。这个结果类似于先前的研究[28]。Radiomics是变换的横断面图像数组(如CT、MRI、磁共振)量化图像特征。从本质上讲,是数字化图像的精确定量分析(29日- - - - - -31日]。大量的图像数据可以实现医疗数据的集成,无法通过传统的成像。与传统的形态学诊断模式相比,它更详细、客观、准确,可以提高诊断效率的原因radiomics模型(32]。
5。结论
之间有相关CT radiomics模型和一些ABPA的成像特点。基于临床数据,radiomics特点有望成为诊断ABPA的新方法。这项研究有一些局限性。首先,样本容量很小。第二,ROI的病变由放射科医生手动分割,这是受观察者的主观意识的影响。此外,本研究回顾,有一些偏见。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
支持的研究是应用医学合肥卫生委员会的关键项目(不:Hwk2020zd0015)安徽省卫生委员会和科学研究项目(不:AHWJ2021b071)。