分形维数作为破裂状态预测指标的脑动脉瘤复杂形态分析

本次「精选编译」由哈尔滨医科大学附属第一医院史怀璋教授团队邵将医师编译，为大家带来《分形维数作为破裂状态预测指标的脑动脉瘤复杂形态分析》，欢迎大家阅读分享！

来自美国宾夕法尼亚州费城托马斯·杰斐逊大学医院神经外科的James A Castiglione等提出一项概念验证研究，通过计算29例后交通与大脑中动脉瘤患者的分形维数（FD），以确定FD是否与动脉瘤破裂状态有关，相关结果发表在2023年3月10日的《World Neurosurgery》杂志上。

——摘自文章章节

【REF:Castiglione JA, et al. World Neurosurg. 2023 Mar 10:S1878-8750（23）00323-6. doi: 10.1016/j.wneu.2023.03.028.】

研究背景

动脉瘤形态学（aneurysm morphology）与破裂风险有关。既往研究报告几个预测破裂状态的形态学指数，但它们只是以半定量的方式测量动脉瘤形态的特定性质。分形分析（fractal analysis）是一种几何学技术，通过计算分形维度（fractal dimension，FD）来量化形状的整体复杂性。通过逐步改变一个形状的测量尺度以确定包含整个形状所需的段数，可以得到一个非整数的形状"维度"。本文研究者提出一项概念验证研究，计算29例后交通与大脑中动脉瘤患者的分形维数（FD），以确定FD是否与动脉瘤破裂状态有关。来自美国宾夕法尼亚州费城托马斯·杰斐逊大学医院神经外科的James A Castiglione等提出一项概念验证研究，通过计算29例后交通与大脑中动脉瘤患者的分形维数（FD），以确定FD是否与动脉瘤破裂状态有关，相关结果发表在2023年3月10日的《World Neurosurgery》杂志上。

研究方法

从29名患者的CTA上分割出后交通动脉和大脑中动脉动脉瘤。使用标准的箱形计数算法（box-counting algorithm）计算FD，并将其扩展用于三维形状。使用文献报导的与破裂状态相关的参数非球形指数（non-sphericity index，NSI）和波动指数（undulation index，UI）验证FD。

研究结果

共分析19例破裂的动脉瘤和10例未破裂的动脉瘤。通过逻辑回归分析，发现较低的FD与破裂状态显著相关（P = .035，OR = 0.64 95% CI [0.42-0.97]，每FD增0.05）。

表1. 未破裂和已破裂动脉瘤的基线特征、形态学指标和单变量逻辑回归结果

表2. 大脑中动脉瘤和后交通动脉瘤的形态学指标和单变量逻辑回归结果

表3. 大脑中动脉和后交通动脉动脉瘤的形态指标比较和单变量逻辑回归的结果

表4. 分形维数和表面积与体积比的单变量逻辑回归结果及单变量逻辑回归中P<0.1的变量的多元逻辑回归结果

图1. （A）显示使用3D切片以0.075毫米的体素大小分割MCA分叉部。在阴影区域内存在一个动脉瘤。（B）从血管中分离出的动脉瘤顶被50个大小为2.4mm（32*0.075mm）的立方体覆盖。r是计数立方体的大小，N（r）是完全覆盖形状所需的立方体数量。（C）动脉瘤顶被283个大小为1.2mm的立方体覆盖（r=16）。（D）显示对数1/r和对数N（r）之间关系的线性回归图。斜率，2.61，是动脉瘤的分形尺寸。标有B和C的点对应于该图中B和C上立方体大小和数量。