张俊1 , 夏亮1 , 刘佳怿1 , 梁志鹏1 , 汤俊3 , 汤光宇2
1. 南京医科大学附属逸夫医院
2. 上海市第十人民医院
3. 泰州市人民医院
目的:通过整合人口统计学、BMD、CT图像数据以及基于CT图像的深度学习影像组学(Deep Learning Radiomics, DLR)特征,开发并验证一种新的预测模型用于预测骨质疏松性椎体骨折(Osteoporotic Vertebral Fractures, OVFs)风险。
方法:收集三家医院同时完成双能X射线吸收测定法(Dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)和CT检查且符合骨质疏松症(Osteoporosis, OP)诊断标准患者169例,按最终是否发生骨折分为OVFs组(n=77)和Non-OVFs组(n=92),按8:2随机划分训练集(n=135)和测试集(n=34)。收集和测量人口统计学、BMD、CT图像数据(椎体和椎旁肌的CT值,椎旁肌的横断面积),使用ResNet-50模型结构进行深度迁移学习(Deep transfer learning, DTL),基于RadImageNet数据集进行预训练,从CT图像中提取DTL特征和影像组学特征进行融合,采用最小绝对收缩和选择算子Logistic回归来选择最佳融合特征模型。基于多变量Cox比例风险模型筛选临床预测因子,分别构建临床模型、影像组学-深度学习模型和融合模型(临床模型-影像组学-深度学习模型)。在训练集及测试集中比较3种模型对OVFs风险的预测性能,评价指标包括曲线下面积(Area under curve, AUC)、C-Index、Kaplan-Meier曲线和校准曲线等,采用诺谟图对最佳模型进行可视化、并通过决策曲线(Decision curve analysis, DCA)评估其临床效用。
结果:共计169例骨质疏松症(Osteoporosis, OP)患者纳入,随访时间最短1个月,最长72个月,平均(47.50±24.86)月。其中,OVFs组与Non-OVFs组的BMD、CT值PVM与CSAPM比较差异具有统计学意义(P<0.05),训练集与测试集的人口统计学和临床特征比较差异无统计学意义(P>0.05)。基于多变量Cox比例风险模型,确定BMD、CT值PVM及CSAPM减少是OP患者发生OVFs的独立危险因素(P<0.05)。ROC曲线验证融合模型的预测性能最高, C-index指数在训练集和测试集分别为0.839、0.795,DCA显示诺谟图可作为预测OVFs风险较良好的工具。
结论:本研究基于BMD、CT数据及其影像组学-深度学习特征构建OVFs风险预测模型具有较高的灵敏度和特异性,能够可视化计算出发生OVFs的概率,对于指导OVFs风险防治具有一定的潜力。