经阴道超声影像组学预测子宫腺肌病患者贫血状态

《Diagnostics》：Prediction of Anemia in Adenomyosis Patients Using Transvaginal Ultrasound Radiomics

　　

背景：由子宫腺肌病引起的异常子宫出血(AUB)可导致显著的缺铁性贫血。鉴于经阴道超声(TVUS)常在常规体检中实施，其评估有助于抢先治疗。方法：本研究对经手术确诊子宫腺肌病患者的TVUS图像进行预处理，以最小化扫描内与扫描间变异性。研究人员使用PyRadiomics提取影像组学特征，在k折嵌套交叉验证下训练自动化机器学习分类器。评估了多种数据集配置，包括从子宫体自定义感兴趣区(ROI)提取特征、按子宫大小调整后的全图特征，以及来自全血细胞计数(CBC)的补充变量。结果：以影像组学为中心的模型表现出中等判别力（平均准确率0.606–0.618）。虽然将CBC变量与影像组学特征结合较单独影像组学显著提升性能，但仅用CBC数据训练的模型总体结果更高。结论：这些发现表明，常规TVUS衍生的定量特征对预测贫血提供中等补充信息。当高度判别性临床数据（CBC）可用时，其未显现明确增量价值；但在血液检查不完整或不可用的场景下，TVUS影像组学可作为辅助诊断工具。需在更大规模、多机构且患者级分离队列中进一步验证。

研究背景与立项依据

子宫腺肌病是一种常见良性妇科疾患，以子宫内膜腺体与间质侵入子宫肌层、伴肌层肥厚与子宫增大为特征，被PALM-COEIN分类列为AUB病因之一，过量AUB可进展为慢性缺铁性贫血，严重者需急诊输血或手术。约30%患者无症状，血红蛋白下降常于出血发生后才被识别。TVUS是疑似腺肌病首选影像学手段，MUSA标准描述的子宫增大、肌层不对称增厚、肌层囊肿及异质回声等宏观征象与痛经相关，但其与贫血的直接关联尚未明确，且评估偏定性、观察者间差异大。影像组学可高通量提取像素/体素级定量特征，已在多疾病诊断与预后中验证价值，但将其用于TVUS预测腺肌病贫血仍属空白。研究人员据此在《Diagnostics》发表概念验证研究，探究常规B模式灰阶TVUS影像组学特征是否与术前贫血状态相关。

主要技术方法概述

研究人员回顾性纳入韩国Gachon University Gil Medical Center 2010年7月至2022年5月行子宫切除术、组织学确诊腺肌病的绝经前患者382例，其中120例符合WHO血红蛋白<12.0 g/dL的缺铁贫血诊断。取B模式灰阶TVUS静帧，构建单图集（患者级分离测试）与每患者至多4图的主集；设子宫体自定义ROI（specific ROI）与全图ROI（whole-image ROI）两类分割。预处理含去标识、测量标记纹理化、统一尺寸（全图875×500，体ROI 950×720）。以PyRadiomics提取2D形状、纹理等特征，并补入子宫大小变量；CBC子集（n=226）另融血红蛋白(Hb)、红细胞分布宽度(RDW)、血细胞比容(HCT)等变量。分类器采用Microsoft FLAML自动调参，优选XGB与LGBM，10折外循环嵌套3或5折内循环分层交叉验证，以Youden’s J及F1优化阈值，报告准确率、敏感度、特异度、F1、池化AUC。

研究结果

3.1 基于特征分类

在n=285患者级单图集，specific ROI准确率0.568±0.094、池化AUC 0.561；whole-image ROI准确率0.592±0.079、AUC 0.570，判别力低至中等且敏感度高波动。扩至n=361非患者分离主集，specific ROI准确率0.618±0.080、AUC 0.612；whole-image ROI准确率0.606±0.080、AUC 0.651，后者AUC略优说明贫血相关纹理可能弥散分布于全图语境。非标准尺寸specific ROI准确率降至更低而AUC 0.645，提示尺寸标准化利于稳定。n=226 CBC匹配子集下，specific ROI接近随机，whole-image ROI各项提升但特异度偏高，反映小样本不稳与宫体ROI截断潜在信号。

3.2 CBC数据与特征联合分类

n=226同批图像分别训CBC-only、specific+CBC、whole-image+CBC三集。CBC-only AUC最高，三者Youden/F1优化结果一致，证明影像组学未贡献超CBC增量；置换重要性前三位恒为Hb、RDW、HCT，aPTT仅在全图与CBC-only入围，说明CBC主导判别，影像组学仅在其缺如时具补充可能。

讨论浓缩

研究人员指出，纯影像组学仅中等判别，预处理与ROI选择显著改变特征排名——specific ROI偏形状、whole-image偏纹理与边界语境，提示贫血相关异质或弥散而非局灶；尺寸标准化消除形状冗余。CBC变量（尤Hb/RDW/HCT）占CBC-only重要性约30%，联合模型未超越CBC单模，印证当高判别临床变量在手时影像组学无清晰增量。局限含：2D灰阶信息少于3D TVUS；CBC采集窗宽至6个月；机型色调等vendor差异虽经校正仍可能残留；主集未强制患者级分离致同患者图跨训练/测试折，存数据泄漏风险；样本偏小致敏感度高波动。作者主张后续须严限CBC时间窗、全程患者级分离、增平衡队列与外中心多机型验证，并引入自动分割。

结论翻译

本概念验证研究评估自B模式灰阶超声图像提取的影像组学特征是否与子宫腺肌病患者贫血状态相关。分析两类ROI：包绕子宫体与整图。初步患者级单图分析显示图像衍生特征判别力低至中等，独立预测不可靠；扩展图集两ROI准确率约0.61，中等预测力。预处理与ROI选择显著影响各指标。影像组学联合CBC提升性能，但CBC-only略优，说明高判别临床变量可用时影像组学无明确增量。常规TVUS图含贫血状态微妙补充信息，现阶段应视影像组学为辅助，潜在效用主要在血液检查不全或缺失场景。未来研究应收紧CBC时间约束、全程强制患者级分离以防泄漏，扩平衡队列并以他中心/他机验证泛化性。