临床预测模型方法培训
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心脏及主动脉结构和功能与心血管疾病及多种其他疾病相关。通过心脏磁共振影像学（CMR）可无创、定量评估心脏及主动脉结构和功能，为心血管疾病的病理识别提供了重要的影像学标志物。CMR特征表型在疾病的诊断和治疗中尤为重要，大规模影像学研究为探索疾病风险因素及发现早期影像学指标提供了丰富依据，而影像组表型也为解析疾病的影响因素提供了重要信息。但由于CMR数据解读对分析人员的要求较高，因此将CMR信息有效提取，并应用于大规模研究中仍面临挑战。近期，研究人员基于英国Biobank研究脑科学磁共振影像学图像开发了一套磁共振影像学分析流程，基于脑核磁共振影像学表型，生活方式及健康信息探索其对神经系统疾病的影响，同时也识别出一套疾病早期影像学标志物。结合前期基因组学研究结果，探索到组脑部影像学表型与单核苷酸多态性关联，为疾病的早期识别提供深入理解。
据此，英国帝国理工大学的研究者借鉴该磁共振影像学分析流程，对26,名受试者的心脏及主动脉结构和功能表型进行分析，报导了心脏和主动脉影像表型与性别、年龄、传统心血管风险因素和非影像学表型的关联。该研究发表于医学顶级期刊《NatureMedicine》上，题目为“Apopulation-basedphenome-wideassociationstudyofcardiacandaorticstructureandfunction”。
结果解读
1：影像学表型鉴定
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首先，根据心脏短轴、长轴切面及主动脉动态影像学特征，提取26,个受试者中每个人的82种定量心脏和主动脉影像学表型特征。
Figure1:CMR图像自动提取及分析流程
2：影像学表型与年龄性别关联
研究者首先运用多因素线性回归模型，分析一个心动周期内心脏和主动脉质量、容量和面积以及射血分数等指标与年龄和性别的关联。总体来看，男性的心肌质量，主动脉横截面积比女性更高，心室射血分数更低。年龄与心肌质量和心室容量减低相关，40-50岁女性的主动脉扩张能力比男性更高。但年龄和性别之间有明显交互作用，即，相对男性而言，女性受试者的主动脉扩张性随年龄增大降低更为显著，而男性受试者的心肌质量和容量随年龄降低相对更快。
Figure2：影像学表型与年龄及性别相关关系
3：影像学表型与传统心血管风险因素关联
接下来，研究者分析了影像表型与人口学因素、身高、体重以及心血管相关风险因素的关联，发现：高体重与身高与心室容量和主动脉面积相关；高收缩压与更高的心脏质量、心室容量、射血分数以及更低的主动脉扩张能力相关。吸烟、高酒精摄入以及体能活动频繁与高左室心肌质量相关。糖尿病与低心肌质量、心室容积、射血分数和主动脉面积相关。
Figure3：人口学，身高/体重，心血管疾病风险因素对影像学表型的回归系数
4：影像学表型与临床结局关联/p>
研究者以12种常见疾病的有无作为结局指标，影像学表型作为危险因素纳入逻辑回归模型，探索影像学特征与疾病的关联。结果表明左室心肌质量增大与高血压、心脏疾病风险相关。而心室容积增大与高心脏病风险和低糖尿病、哮喘、慢性阻塞性肺疾病、支气管炎风险相关。心室射血分数升高与低心脏疾病和糖尿病风险相关。主动脉横断面积增大与高血压风险升高以及糖尿病风险减低相关。高主动脉扩张能力与低高血压风险和高胆固醇血症相关。
Figure4：影像学表型与常见疾病的相关性
5：表型组学研究
随后，研究者开展表型组学关联研究，探索影像学表型与11种非影像学特征的关联。其中高收缩压、频繁运动、低脉搏速度与高心室容积显著相关。健康等级与低心室容积相关。出生体重升高、整体脂肪量和臀围增大与主动脉截面积增大相关。一些心理和认知学指标也与心脏及主动脉表型显著相关。
Figure5影像学表型与非影像学表型的相关性及关联显著性
6：影像学表型与出生体重、心理健康及认知表现的关联
根据以上单因素分析结果，研究者进一步选择新型且重要的非影像学表型纳入线性回归模型，探索其与心脏或主动脉结构和功能的关联。在矫正性别、年龄、性别与年龄交互作用、身高、体重、收缩压、舒张压、吸烟、酒精摄入、运动频率、高胆固醇血症、糖尿病后，研究者发现：出生体重与心脏质量以及心室容积显著相关，高出生体重与更大的主动脉横截面积和更低的主动脉扩张能力相关；风险承担行为与高左室心肌质量和低射血分数相关；高流体智力评分于高左室心肌质量和高心室容积呈现强相关性。以脑容量为中介变量进行中介效应分析后，研究者发现高左室质量与更大的脑容量相关，而左室质量与流体智力间的关联约1/4由脑容量介导。
Figure6脑容量对左室质量和流体智力的中介效应分析
7：孟德尔随机化分析
以疾病风险因素相关的单核苷酸多态性（SNP）特征作为工具变量，研究者进一步采用三种方法（IVM,WM和MR-Egger法）分别进行孟德尔随机化分析来探索风险因素与心脏或主动脉影像学表型的关联。结果表明，高收缩压与高左室质量和低主动脉扩张能力相关，糖尿病与低主动脉最大面积相关，但多重检验矫正后，以上关联不再显著。出生体重与左室质量，左室舒张容积和右室舒张容积以及主动脉截面最大面积相关。以IVW法进行孟德尔分析后次关联仍然显著。孟德尔分析中，风险承担与流体智力与影像学表型的关联也显示出与常规观察性分析方向一致的相关关系，但并无统计学显著性。
结论：本研究揭示了大规模人口心脏和主动脉影像学表型可更好地用于定义心血管疾病风险和心-脑健康关联，也为未来研究相关疾病机制和开发影像学生物标志物提供了有利依据。
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