急性缺血性卒中自动化DWI-ASPECTS的可行性研究

苏晓芹，程晓青，周长圣，董 铮，施佳倩，刘权慧，潘成伟，李秀丽，俞益洲，张志强

0 引 言

急性缺血性卒中患者的首选治疗方法是动、静脉内溶栓或选择机械血栓清除术(mechanical thrombectomy，MT)治疗，而梗死体积的测量是再灌注治疗筛选患者的评估标准[1]，但是梗死体积测量存在繁琐、费时的缺点，而Alberta卒中项目早期CT评分(alberta stroke program early CT score，ASPECTS)被研究证实能够代替梗死体积评估。 ASPECTS是一种评价急性缺血性卒中患者大脑中动脉供血区早期缺血性改变程度的10分制评分系统[2]，分为10个区域：由大脑中动脉M1段的穿支动脉供血的3个深部区域,包括尾状核[C]、豆状核[L]和内囊[IC]；基底节水平的4个皮质区域，包括M1、M2、M3和岛叶[I]以及3个基底节以上水平皮质区域(M4、M5和M6)。在2015年进行的3项主要血栓切除术研究中，ASPECTS被用作纳入标准：ESCAPE[3]、REVASCAT[4]和SWIFT PRIME[5]。美国心脏协会/美国中风协会的指南将ASPECTS≥6法纳入了他们选择血管内血栓切除术患者的标准[6]，此外，ASPECTS≤7分提示患者存在预后不良，出血转化以及恶性脑梗死的风险[7]。

但是ASPECTS也存在缺陷。由于CT的ASPECTS评分取决于评分者及其经验，因此评分者之间的一致性较差(尤其是卒中发作后的最初几个小时内)[8]。Farzin等[9]报告了的评估者间一致性ICC在0.672～0.811(平均0.68)，通过二分法能够提高其评估一致性。此外MRI扩散加权像(diffusion-weighted imaging，DWI)较CT敏感性高，研究显示关于DWI图像和CT扫描图像在急性缺血性病变定位方面的准确性综述给出DWI的灵敏度为0.99(95%CI:0.23～1.00)，CT的灵敏度为0.39(95%CI:0.16～0.69)[10]，但是DWI-ASPECTS依然存在一致性不佳的情况[6]。

因此，本研究采用基于机器学习建立的自动化评分(automated DWI-alberta stroke program early CT score，eDWI-ASPECTS)软件，并与不同年资神经放射医师评估作对比，验证eDWI-ASPECTS的评估效能，并进一步按照梗死部位以及二分法ASPECTS进行评估。

1 资料与方法

1.1 研究对象回顾性分析2010年7月至2019年12月东部战区总医院神经内科入院并被诊断为大脑中动脉(Middle Cerebral Artery，MCA)供血区缺血性卒中的患者。纳入标准为：①急性缺血性卒中部位在ASPECTS区域；②症状出现后72 h内进行核磁共振检查；③年龄≥18岁。排除标准包括广泛的运动伪影、图像质量差、颅内出血和颅脑术后。

1.2检查方法MRI检查采用美国通用1.5T(signa; GE Healthcare, Milwaukee, Wisconsin)和德国西门子3.0T超导型核磁共振扫描仪(Tim Trio; Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany)。1.5T磁共振扫描仪的DWI扫描参数为：TR/TE：3200 ms/75 ms，b值：0 s/mm2、1000 s/mm2，FOV：24×24 cm, 矩阵 128×128，层厚：5 mm，层间隔：1.5 mm。3.0T磁共振扫描仪的DWI扫描参数为：TR/TE：3000 ms/81.9 ms，b值：0 s/mm2、1000 s/mm2，FOV：24×24 cm，层厚：5 mm，层间隔：1.5 mm，矩阵 192×192。

1.3手动ASPECTS评分DWI-ASPECTS由高年资和低年资两位神经影像医师(分别具有15年、5年神经影像方面的临床经验)分别进行回顾性评分，均没有提供其他影像学资料或临床信息，也无时间限制。评分者根据当前使用评分方法，10个ASPECTS区域的权重相同，都为1分，当每个区域内出现DWI高信号时，扣除满分10分中的1分，以此类推。10分表示DWI正常，0分表示大脑中动脉供血区广泛梗死。这10个区域包括尾状、豆状核，内囊在内的深部区域，以及包括M1-M6及岛叶在内的皮质区域，评估分析包括整个MCA供血区域的所有层面。

1.4自动化ASPECTS评分基于深度学习方法，其中将自动分割方法用于2D和3D卷积神经网络模型的融合，使用内部开发的软件工具(Dr. Wise-ASPECT, Beijing, China)对每位患者的DWI病变进行了分割。 然后将ASPECTS区域通过算法自动分割并分类为缺血或正常区域，并计算ASPECTS。

根据梗死发生的部位分为3个组[11]：皮质组，即梗死在皮层区域(岛叶及M1-M6)；深部组，即梗死部位在白质区及基底节区(尾状核、豆状核、内囊)；混合组，即累及皮层、皮层下及深部区域，分别对3组的eDWI-ASPECTS与医师的DWI-ASPECTS进行对比。再根据ASPECTS=7为界二分法分为两部分(0-6vs7-10)，记录每个部分的DWI-ASPECTS。

2 结 果

2.1 一般资料本研究共纳入309例患者，平均年龄(68.56±13.78)岁。临床及影像学指标见表1。

表 1 缺血性卒中患者的临床及影像学指标

2.2一致性评估结果总体数据eDWI-ASPECTS评分中位数6(3,7),低年资神经影像医师评分中位数5 (2,7)，高年资神经影像医师评分中位数5 (2,7)。对总体的DWI-ASPECTS进行分析结果显示,医师与eDWI-ASPECTS的总体一致性非常好(P<0.05)。梗死部位分组评估结果： ASPECTS一致性受到了梗死部位的影响，皮质组一致性最好(ICC=0.79～0.86，P<0.05)，而深部组及混合组的一致性下降，混合组表现最差，呈现中等到好的一致性(ICC=0.62～0.76,P<0.05)。见表2。二分法评估结果显示：eDWI-ASPECTS与低年资医师(kappa=0.71,P<0.05)、eDWI-ASPECTS与高年资医师(kappa=0.76,P<0.05)、医师之间(kappa=0.79,P<0.05)显示一致性均达到好的水平。

表 2 医师间DWI-ASPECTS与 eDWI-ASPECTS的组内相关系数比较

3 讨 论

DWI具有较高的诊断敏感性和特异性，已被确定为判断急性缺血性梗死核心的基本依据。但是，临床医师对DWI-ASPECTS的一致性为[Cohenκ=0.17(0.14～0.21)][6]。使用基于机器学习的方法建立标准化的DWI-ASPECTS自动化评估工具有望能够解决上述问题。本研究结果显示：对于总体数据，医师与eDWI-ASPECTS一致性较好，通过ASPECTS二分法评估，依然具有较好的一致性；但是，一致性会受到梗死部位的影响，对于梗死发生在皮质及基底节和白质区患者，医师与eDWI-ASPECTS评估一致性最差，而发生在皮质区，一致性最好。

ASPECTS是量化早期缺血性改变程度的标准方法，ASPECTS为8到10分已被证明是再灌注治疗后良好的功能预后和较少的症状性出血的预测因子[2，12]，ASPECTS为0到4分的患者接受静脉注射阿尔替普酶治疗后，其功能预后较差，症状性出血较重，基线ASPECTS是动脉内治疗(intra-arterial treatment,IAT)后预后的有力预测因子。鉴于上述发现，ASPECTS已被纳入患者选择标准[13]。DWI是检测早期梗塞的最灵敏，最特异的方式(两者均> 90%)[14]。最近一项研究分析表明，DWI-ASPECTS具有更好的评分者间的一致性，并且在IAT后90 d的功能独立性预测方面明显更好[15-16]。

Farzin等[9]分析了评分者内部和评分者间CT-ASPECTS的一致性，评估者间一致性ICC在0.672～0.811(平均0.68)，本研究是基于DWI图像的DWI-ASPECTS，DWI具有较高的诊断敏感性和特异性，因此总体一致性较Farzin等[9]基于CT图像的CT-ASPECTS一致性好。使用基于计算机的自动化CT-ASPECT评分(eCT-ASPECTS)，评估者内部的一致性仍然不是很好，eCT-ASPECTS和评估者之间的组内相关系数分别为0.72、0.74和0.76[17]；此外研究显示，e-ASPECTS和卒中专家对NCCT ASPECTS的评估结果相似[18]，E-Aspects的Matthews相关系数最高为0.44(专家：0.38±0.08，学员：0.19±0.05)；Kellner等[19]报道，医师间的一致性ICC=0.86，医师与eDWI-ASPECTS的一致性ICC分别为0.81，0.87；本研究显示医师与eDWI-ASPECTS一致性好，优于上述文献报道，考虑原因是本研究采用的DWI评估梗死，其敏感性高于CT，且基于机器学习的方法较基于阈值的方法eDWI-ASPECTS预测值更加准确[19]，此外本研究进行二分法评估，结果与Fahed等[6]报道的二分法评估结果(κ=0.62，0.68)相比较好，可能由于上述研究中18名评分者参与评估，评分者数量的增加将降低评分者间的一致性。

本研究结果显示梗死部位会影响到评估的一致性。对于梗死在皮质组一致性最佳，考虑原因可能是皮质组代表梗死区域在M1-M6区域，所占梗死体积比重大，在DWI上分区明确，而深部组和混合组的一致性较皮质组差，特别是混合组，一致性降低至ICC=0.620，分析其原因有两方面：其一，混合组的梗死体积最大及梗死范围最广，部分患者存在中线偏移的情况，导致了自动化评分分割的错误；其二，深部梗死包括尾状核、豆状核、内囊，所占分值较大，但梗死体积较小，部分病灶发生于两个评分区域之间时，计算为1个或者2个评分区域，或者DWI显示的点状梗死是否算入ASPECTS评分中，这些评分规则的不确定也是导致一致性下降的主要原因。

综上所述，本研究显示eDWI-ASPECTS与医师对比，一致性好，使用方便，为急性缺血性卒中患者的诊断和治疗提供标准化的评估工具；但是，不同梗死部位会影响到医师与eDWI-ASPECTS的一致性，特别是发生在混合部位的梗死。对于运动干扰或者中线偏移的患者，使用eDWI-ASPECTS评估时需要医师对评估结果进行校正，使其能够更加准确的对急性缺血性卒中患者进行评估。本研究重点评估自动化工具与医师评分的一致性以及影响因素，缺少了患者在接受再灌注治疗以及预后方面的相关性分析，将在后续的工作进一步研究。