膀胱顺应性是指膀胱在充盈期间保持其压力不变或仅略微增加的能力，膀胱储尿和排尿的生理功能与其顺应性密切相关。通过监测患有膀胱疾病患儿的顺应性，医生可以判断多种疾病的严重程度，包括尿路感染(UTI)、膀胱输尿管反流等问题(VUR)，并及时治疗上述问题，以达到预防或者减轻肾功能衰竭、提高患者生活质量的目的。
现有检查流程需要分别对患者进行排尿性膀胱尿道造影检查（VCUG）和尿动力学检查（UDS）。UDS检查通过监测患者膀胱压力等生理信息提供诊断依据，但需要耗费较长时间且具有侵入性伤害，因此提出一种在进行VCUG检查期间收集膀胱压力并判断膀胱顺应性的新方法，能够大大简化诊断流程，减少对患者的伤害并有助于医生进行辅助诊断。
图1 膀胱压力数据收集实验示意
针对以上问题，我们首先开发了一种可以测量、显示、存储和传输实时数据的膀胱压力采集设备。其次，我们使用该设备对 52 名患者（包括 32 名阴性病例和 20 名阳性病例）进行了临床数据采集实验。第三，我们对采集到的压力曲线数据进行预处理，以消除噪声并提取特征，然后我们使用最小绝对收缩和选择算子（LASSO）回归筛选出重要特征。最后，应用支持向量机（SVM）、随机森林、XGBoost、感知器、逻辑回归和朴素贝叶斯等几种机器学习方法针对提取到的特征集，对膀胱顺应性水平进行分类和预测，并对分类性能进行了评估。
图2 儿童原始数据图。左图为正常膀胱，右图为低顺应性膀胱。蓝色曲线是原始压力数据，红色曲线是拟合后的结果。
我们提取了共73个相关的一阶和二阶时域特征、频域特征和小波域特征。随后选出了15个关键特征。在测试集上的实验显示出良好的分类性能。在所有分类器中，支持向量机模型分别达到了最高0.873的AUC值和84.0%的准确度。
表1 从膀胱压力信息中提取特征的列表
图3 不同分类器的ROC曲线
研究结果表明我们设计的系统可以在VCUG测试过程中快速获取膀胱内压，且分类模型在判断患者膀胱顺应性方面具有良好的性能。这可以促进基于实时数据的膀胱疾病的快速辅助诊断，分类的良好结果有望为医生诊断某些膀胱疾病提供可靠依据，代替或者减少对患者进行的UDS检查，具有相当的应用潜力。
表2 不同分类器的性能比较
该项工作受上海市卫生健康委员会（NO. 201840088）、苏州市科技局（NO. SYG201825）、复旦大学产学研医产融合项目（NO. XM03211162）和中国科学院苏州生物医学工程技术研究所（NO. Y95K091K05）等项目的经费支持。该研究成果“Design of a rapid diagnostic model for bladder compliance based on real-time intravesical pressure monitoring system”论文已被COMPUTERS IN BIOLOGY AND MEDICINE期刊录用。
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