本文是一项原创性研究，由Bingyao Huang、Yi Gao和Lina Wu共同完成，研究机构为中国医科大学附属盛京医院的放射科和检验科。该研究于2024年12月13日发表在《Frontiers in Microbiology》期刊上，题为《Assessment of Body Composition and Prediction of Infectious Pancreatic Necrosis via Non-Contrast CT Radiomics and Deep Learning》。

研究背景

急性坏死性胰腺炎（Acute Necrotizing Pancreatitis, ANP）是急性胰腺炎（Acute Pancreatitis, AP）的严重并发症，约30%的ANP患者会发展为感染性胰腺坏死（Infectious Pancreatic Necrosis, IPN），其死亡率高达30%。因此，早期准确诊断IPN并采取及时有效的治疗措施至关重要。近年来，研究表明肌肉和脂肪组织在ANP及其并发症中扮演重要角色。骨骼肌不仅是人体运动功能的基础，还与个体的代谢状态、炎症反应及长期临床结果密切相关。脂肪组织，尤其是内脏脂肪，被认为是“代谢活跃”的组织，分泌多种生物活性分子，参与能量代谢、炎症反应和免疫功能的调节。然而，肌肉和脂肪含量及分布的变化如何影响IPN的发生和发展，尚不明确。本研究旨在通过非增强CT影像，利用深度学习算法和放射组学技术，探讨IPN患者肌肉和脂肪组织的分布特征，为IPN的早期诊断和个性化治疗提供新的理论依据和实践指导。

研究方法

本研究为回顾性分析，纳入了2019年3月至2024年8月期间诊断为ANP并接受全腹部CT扫描的315名患者。研究采用NNU-Net架构进行图像分割，并使用Python脚本从分割后的非增强CT图像中提取放射组学特征。研究重点关注两类特征：一阶统计特征和形态学特征。通过相关性分析，筛选出具有统计学意义的特征，并进行医学解释。

研究流程

1. 患者筛选：研究纳入了315名ANP患者，排除了孕妇、18岁以下患者、合并恶性肿瘤患者以及图像质量差或临床数据不完整的患者。
2. CT图像获取：患者在入院后1周内接受全腹部CT扫描，扫描参数设置为120 kV管电压，自动管电流，矩阵大小为512×512，层厚为3.0 mm。
3. 数据标注：由两名经验丰富的放射科医生对皮下脂肪（SAT）、内脏脂肪（VAT）、骶棘肌和所有腹部肌肉进行标注，并由一名资深放射科医生进行审核。
4. 分割网络：采用5折交叉验证方法，使用NNU-Net架构对L3-L5椎体区域的肌肉和脂肪进行分割。
5. 放射组学特征提取：使用Python包PyRadiomics提取18个一阶特征和14个形态学特征。
6. 统计分析：使用SPSS 26.0进行统计分析，定量数据采用t检验，定性数据采用χ2/Fisher精确检验。

研究结果

1. 临床特征：IPN组患者年龄较大（p=0.038），机械通气需求更高（p<0.001），住院时间更长（p<0.001）。
2. 分割结果：模型在L3-L5椎体区域的分割准确率为0.91。
3. 相关性分析：
   • VAT：偏度（p=0.004）和均匀性（p=0.036）具有统计学意义，表明IPN患者的VAT局部沉积减少，密度更均匀。
   • SAT：偏度（p=0.023）、最大二维直径切片（p=0.020）和最大三维直径（p=0.044）具有统计学意义，表明IPN患者的SAT体积较大。
   • 腹部肌肉：四分位距（p=0.023）、平均绝对偏差（p=0.039）、鲁棒平均绝对偏差（p=0.015）、伸长率（p=0.025）、球形度（p=0.010）和表面积体积比（p=0.014）具有统计学意义，表明IPN患者的腹部肌肉密度分布更分散和异质。
   • 骶棘肌：四分位距（p=0.018）、平均绝对偏差（p=0.049）、鲁棒平均绝对偏差（p=0.025）、偏度（p=0.008）、最大二维直径切片（p=0.008）、最大三维直径（p=0.005）、球形度（p=0.011）和表面积体积比（p=0.005）具有统计学意义，表明IPN患者的骶棘肌体积较大。

结论

本研究发现，VAT和SAT的局部沉积减少、密度均匀性增加、SAT体积增大以及腹部肌肉密度的分散和异质分布是IPN的危险因素。这些发现不仅证实了肌肉和脂肪组织在ANP进展中的重要作用，还为临床实践中对高风险患者实施早期预防性治疗提供了科学依据。

研究亮点

1. 创新性方法：本研究首次结合深度学习和放射组学技术，利用非增强CT影像对IPN患者的肌肉和脂肪组织进行精确分割和定量分析。
2. 重要发现：研究揭示了VAT和SAT的局部沉积减少、密度均匀性增加、SAT体积增大以及腹部肌肉密度的分散和异质分布与IPN的显著相关性。
3. 临床应用价值：研究结果为IPN的早期预警和个性化治疗提供了新的工具，有助于改善胰腺炎患者的整体预后和临床管理策略。

研究意义

本研究通过深度学习和放射组学技术，深入探讨了肌肉和脂肪组织在ANP进展为IPN中的作用，为IPN的早期诊断和个性化治疗提供了新的理论依据和实践指导。研究结果不仅丰富了我们对IPN病理生理机制的理解，还为临床实践中对高风险患者实施早期预防性治疗提供了科学依据。