《Diagnostic and Interventional Imaging》：Meta-analysis on the validity and clinical utility of the IDF/DAR risk stratification tool
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基于CT影像分析代谢综合征患者性别特异性脂肪-肌肉分布特征及其预测模型构建，结果显示男女患者存在显著不同的脂肪沉积与肌肉指数分布模式，构建的机器学习模型对MS风险预测表现优异。
Bowen Hou|Yingjing Zhang|Zheng Ran|Yitong Li|Nadeer M Gharaibeh|Xiaoming Li
中国湖北省武汉市华中科技大学同济医学院同济医院放射科
摘要
目的
虽然肌肉萎缩和异位脂肪沉积是代谢综合征（MS）的特征，但在老年人群中这些现象的性别特异性模式仍不明确。
方法
经机构审查委员会（IRB）批准，这项横断面研究使用基于CT的技术对316名参与者（180名MS患者）的皮下脂肪组织（SAT）、骨骼肌（SM）和肌内脂肪组织（IMAT）进行了量化分析。通过XGBoost机器学习对标准化和调整后的数据进行了评估，并使用SHAP方法进行解释。
结果
MS组患者的腰围较大（P < 0.001），体重指数也较高（P = 0.003, 0.038）。观察到脂肪与肌肉分布存在显著的性别差异：女性MS患者的肌内脂肪组织（IMAT）明显多于对照组（P = 0.043, 0.030, 0.029）。男性MS患者在下肢不同部位的骨骼肌指数（SMI）表现出不同的代谢适应情况（P = 0.045, 0.043, 0.005）。预测模型的表现优异，女性的曲线下面积为0.875（95%置信区间：0.854–0.897），男性为0.902（95%置信区间：0.885–0.918）。SHAP依赖性分析显示，男性的SMI与MS风险呈U形关系，而女性在较低的体重指数时风险更高。
结论
这些发现揭示了MS患者中脂肪与肌肉分布的性别特异性差异，为个性化预防和治疗策略提供了新的见解。我们模型的强大预测能力证明了这些生物标志物在MS风险评估中的临床价值。
引言
全球代谢综合征（MS）发病率的上升与工业化和城市化带来的生活方式变化密切相关[1]。MS表现为一系列代谢紊乱，包括中心性肥胖、血脂异常和血压升高，是心血管疾病和早死的重要前兆[2]。最新研究表明，脂肪与肌肉的分布对代谢风险评估起着关键作用[3,4]。MS的一个显著特征是异位脂质沉积和进行性肌肉丢失的并发病理生理过程，形成了一个自我持续的代谢失调循环[5]。虽然总体脂肪量可以粗略反映肥胖程度，但脂肪分布的具体区域（尤其是异位脂质浸润）已成为代谢健康的重要决定因素，显示出不同的区域特异性病理生理路径[6,7]。
现有证据表明，脂肪组织脂解紊乱与骨骼肌脂肪氧化能力受损共同驱动了代谢紊乱[8,9]。脂质代谢产物的积累会导致骨骼肌线粒体应激，进而引发内肌纤维化和脂质浸润，最终导致功能逐渐下降[10],[11],[12]。
下肢肌肉占全身肌肉质量的近70%，具有运动和代谢调节的功能。下肢肌肉质量减少以及肌肉与脂肪比例失衡是营养不良和心血管疾病的危险指标[13,14]。此外，肌内脂肪组织（IMAT）已被认为是肌肉质量的可靠生物标志物，与纤维化转变、炎症性水肿和肌营养不良等退行性变化有很强的相关性[15,16]。
近年来，计算机断层扫描（CT）已成为一种不可或缺的无创组织分析方法，通过先进的分割技术实现精确的组织量化[9]。在各种分割算法中，超体素分割是一种基于简单线性迭代聚类（SLIC）框架的新方法，通过空间邻近性和强度相似性进行迭代聚类，有效减少了噪声干扰[17,18]，在组织特征描述方面显示出巨大潜力。机器学习（ML）通过揭示多维临床数据中的复杂非线性模式，成为医学风险预测的强大工具[19],[20],[21]，从而实现更准确的风险预测和个性化的早期疾病检测与管理策略[22],[23],[24]。
鉴于代谢调节存在临床相关的性别差异及其对疾病管理的影响[25],[26],[27],[28],[29]，本研究旨在全面评估MS患者的脂肪与肌肉分布情况，通过性别差异的视角阐明组织体积分布与代谢功能障碍之间的关系，这可能为临床实践中的代谢风险预测提供有价值的见解。
研究部分
研究对象
这项回顾性队列研究完全遵循《赫尔辛基宣言》的伦理原则，并获得了我们机构机构审查委员会的批准（批准编号：TJ-IRB20220633，日期：2022年6月13日）。由于研究的回顾性性质，无需获取患者的书面知情同意书，因为研究仅分析了已存在的、完全匿名化的患者数据，对参与者造成的风险极小。
临床数据和CT图像
基本特征
研究共纳入316名参与者，其中MS组180人，对照组136人。人口统计分析显示，两组在年龄分布或生活方式因素（吸烟状况；饮酒量）方面无显著差异。然而，MS组的 cardiovascular 危险因素发病率显著更高，包括糖尿病（P < 0.001）、高甘油三酯血症（P < 0.001）和低HDL-C水平（P < 0.001）。同时进行了人体测量。
讨论
本研究全面调查了MS患者的脂肪与肌肉分布模式，特别关注其与MS风险的性别特异性关联。男性MS患者的皮下脂肪组织指数（SATI）和骨骼肌指数（SMI）显著高于健康对照组。相比之下，女性MS患者的SMI较低，而肌内脂肪组织指数（IMATI）较高。此外，SMI与MS风险评估之间存在不同的性别特异性模式。这些观察结果已通过定量方法得到验证。
机构审查委员会声明
本研究遵循《赫尔辛基宣言》的规定，并获得了同济医院机构审查委员会（或伦理委员会）的批准（编号：TJ-IRB20220633）。
知情同意声明
由于本研究采用回顾性设计，因此无需患者的书面同意。
作者贡献声明
Bowen Hou：撰写初稿，概念构思。Yingjing Zhang：概念构思。Zheng Ran：正式分析，数据管理。Yitong Li：正式分析，数据管理。Nadeer M Gharaibeh：研究实施。Xiaoming Li：撰写、审阅和编辑。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（NSFC）（项目编号：81,930,045和82402247）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们非常感谢Tianzhi Wang和Enmin Song在算法编码和优化方面的帮助。
