梯度提升机模型在预测超声引导下水压灌肠治疗小儿肠套叠复位成败的临床应用价值

叶 军，李运惠

（容县人民医院儿科 广西 玉林 537500）

肠套叠是儿外科最常见的急腹症之一，是导致儿童肠梗阻的主要原因[1]。超声引导下水压灌肠法是临床上首选的非手术治疗手段，复位成功率有46%～95%，但仍有一定失败率[2]。若能明确复位成败的影响因子并预测复位失败风险，将有利于识别高风险患儿，从而提高复位成功率。梯度提升机（gradient boosting machine，GBM）算法是机器学习的一种常用工具，该算法由大量弱分类器集合而成，对数据有较高可解释性[3]。因此，本文拟构建GBM 模型用以识别高风险复位失败人群，为小儿肠套叠的临床治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集容县人民医院2018 年1 月—2022 年1 月收治的178 例接受超声引导下水压灌肠治疗的肠套叠患儿的临床资料。其中复位成功151 例，失败27 例。按7∶3 比例随机将患者分为训练集（124 例）和测试集（54 例）。训练集用于构建GBM 模型，测试集用于验证模型效能。本研究符合《赫尔辛基宣言》中的伦理准则。

纳入标准：（1）符合肠套叠诊断标准[4]；（2）年龄10 个月～3 岁；（3）发病时间＜72 h；（4）接受水压灌肠复位治疗；（5）临床资料完整。排除标准：（1）既往有腹部手术史；（2）检查发现腹部有占位者。

患者，女，7 岁1 个月。因“阵发性腹痛1 天”于2021 年7 月15 日15 时31 分入院。腹部平坦，未见肠型，腹部腹肌无紧张，肚脐周围腹部压痛，全腹部无明显反跳痛，莫非氏征（-），肝、胆囊、脾、肾均未触及，移动性浊音（-），肠鸣音弱。双下肢无水肿。超声检查提示右下腹部不均质回声团，肠套叠可能性大（图1a）。入院完善相关检查后于7 月15 日在超声引导下行肠套叠水灌肠术，水灌肠成功（图1b），予营养神经、补液等对症治疗。复查B 超示腹腔内未探及明显“同心圆”或“套筒征”声像（图1c）复位成功标准：超声引导下水压灌肠复位术见结肠逐渐扩张，套头逐渐回缩，消失时见虹吸征、蟹足征。超声引导下水压灌肠复位过程，见图1。

1.2 资料收集

收集患儿的一般资料，包括性别、年龄、体质量、身高、头围、发病时间、血便；超声影像学指标：同心圆宽径、同心圆厚径、套鞘厚径、套入长度、腹腔积液、肠系膜淋巴结肿大、肠套叠位置、血流分布情况；术前血液指标：C 反应蛋白（CRP）、白细胞计数（WBC）、中性粒细胞计数（NEUT）、淋巴细胞计数（LY）、血红蛋白（Hb）、红细胞压积（PCV）、血小板计数（PLT）、中性粒与淋巴细胞比值（NLR）、血小板/淋巴细胞比值（PLR）、国际标准化比值（INR）、纤维蛋白原（FIB）、白蛋白（Alb）、天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase,AST）、丙氨酸转氨酶（alanine transaminase,ALT）。

1.3 统计学方法

采用SPSS 23.0 统计软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以均值±标准差（± s）表示，行t检验；偏态分布的计量资料以中位数（四分位间距）[M（P25，P75）]表示，行秩和检验。计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，行Fisher 检验或卡方检验。LASSO 回归和Logistic 回归筛选影响因素。采用R 包“gbm”构建GBM 模型，ROC 曲线评估模型预测能力，校准曲线评估模型的拟合情况。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床资料比较

两组患儿头围、发病时间、肠系膜淋巴结肿大、腹腔积液、CRP、WBC、LY 等指标组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

2.2 LASSO 回归分析筛选预测因素

LASSO 回归分析显示体质量、发病时间、肠系膜淋巴结肿大、腹腔积液、CRP、WBC、LY、PCV、ALT 等9 项因子是系数不为0 的预测因素。见图2。

图2 LASSO 回归分析

2.3 影响患儿肠套叠复位术成败的Logistic 回归分析

以LASSO 回归分析筛选9 项的预测因素为自变量，以水压灌肠复位结局为因变量（失败=0，成功=1），进行Logistic 回归分析。结果显示，发病时间、腹腔积液、CRP、WBC、LY 是患儿肠套叠复位成败的影响因素（P＜0.05）。见表2。

表2 Logistic 回归分析

2.4 GBM 建模和验证

将发病时间、腹腔积液、CRP、WBC、LY 五项特征纳入GBM 模型。通过GBM 算法获得五项特征的相对重要性，由大到小依次为WBC、LY、发病时间、CRP、腹腔积液，见图3。训练集和测试集的ROC 曲线显示：AUC 分别为0.926、0.887，灵敏度分别为0.941、0.800，特异度分别为0.823、0.868；校准曲线：GBM 模型预测概率在训练集和测试集中均与实际的预测值有较好的一致性，见图4。

图3 GBM 预测模型5 个主要特征评分

2.5 GBM 模型与Logistic 回归模型比较

GBM 模型预测患儿水压灌肠复位失败的AUC、准确率、灵敏度、特异度均高于Logistic 回归，见表3。

表3 GBM 模型和Logistic 回归模型比较

3 讨论

临床发现患儿发生急性肠套叠会伴有腹痛、恶心、呕吐及炎症标志物的升高[5]。当机体发生严重感染或炎症反应时，WBC 和CRP 水平明显升高。本文失败组患儿的血清WBC、CRP 水平高于成功组。Hou 等[6]指出WBC ≥20×109/L 是患儿肠套叠复发和手术复位的独立危险因素。高水平WBC、CRP 表明，患儿机体炎症反应明显，感染和疾病严重程度加重，复位失败的风险加大。因此，检测发现患儿以上两项指标水平升高，应采取干预调整炎症状态，降低相关指标水平后再进行手术。淋巴细胞由淋巴器官产生，主要参与体内的免疫应答过程。肠道作为人体最大的淋巴器官，免疫细胞及其分泌的各种细胞因子、炎症介质水平升高，会刺激肠道平滑肌收缩、痉挛，引起肠腔狭窄，增加复位的难度[7]。随着发病时间的延长，患儿肠套叠时间越长，肠管受压迫越久，黏膜水肿加重、炎性成分渗出增多，炎症和水肿的局部进展致复位难度增加，从而增加失败风险。Lee 等[8]研究表明，发病时间≥48 h 的患儿手术失败和复发的风险远大于＜48 h 者。因此，临床医生术前需要重点关注此类患儿。腹腔积液的产生可能是继发于患儿较长的发病时间或较快的疾病进展所引起的肠管组织液渗出，而且还可能与肠坏死或腹膜炎的发生有关[9-10]。因此，此状态下水压灌肠复位的成功率较低，应考虑其他治疗方案。

本文利用GBM 算法构建了肠套叠患儿水压灌肠复位成败的预测模型，AUC ＞0.880，表明该模型具有较高的准确性，且GBM 模型优于Logistic 回归模型，有助于临床识别高风险患儿。该模型纳入的5 个指标均为常见指标，简单易得。本研究建模纳入的样本量较小，可能存在一定的误差，仍需大样本、多中心数据的前瞻性研究进一步验证。

综上所述，本研究构建的GBM 模型由5 个常用的临床指标所构成，可准确预测患儿水压灌肠复位成败，为小儿肠套叠的临床治疗提供重要参考。