CT影像組學(xué)在肺癌中的研究進(jìn)展

周方 盧喜科 天津市胸科醫(yī)院 （天津 300222）

內(nèi)容提要： 影像組學(xué)的應(yīng)用就是在影像圖像內(nèi)，得到高通量數(shù)據(jù)，對于諸多的定量特征展開挖掘，進(jìn)而得到相關(guān)的腫瘤信息，諸如形態(tài)、紋理、腫瘤內(nèi)異質(zhì)性等。當(dāng)前在醫(yī)學(xué)專業(yè)中，影像組學(xué)以其所擁有的無創(chuàng)以及定量模式對于體腫瘤信息獲取的優(yōu)勢，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。本文對于CT影像組學(xué)于肺癌中的相關(guān)研究進(jìn)展情況展開探究。

在世界范圍內(nèi)，肺癌已經(jīng)成為導(dǎo)致死亡的關(guān)鍵性因素。隨著醫(yī)療事業(yè)的不斷發(fā)展，在高通量數(shù)據(jù)計算、自動傳輸系統(tǒng)上均得到飛躍的發(fā)展，特別是在CT方面，于CT圖像中將各種定量特征進(jìn)行提取已經(jīng)實現(xiàn)，也就是影像組學(xué)。影像組學(xué)應(yīng)用到腫瘤學(xué)中具有諸多的意義，定量特征能夠?qū)δ[瘤特征更好的掌握，實現(xiàn)耐藥性的預(yù)測以及預(yù)后的評估，同時通過CT圖像紋理分析的方式，能夠磨玻璃密度結(jié)節(jié)肺腺癌的浸潤性進(jìn)行合理鑒別等。

1.CT影像組學(xué)在腫瘤學(xué)中的方法學(xué)

1.1 步驟闡述

首先，進(jìn)行采集圖像。在CT成像內(nèi)得到相應(yīng)影像圖像實施預(yù)處理，使得具備一致性。在此項過程中，能夠在采集圖像參數(shù)方面上形成一定的更改現(xiàn)象，通常主要的問題就是掃描方案、重建算法等。而且研究顯示，圖像特征具有差異性的情況下，也會形成不同的重建環(huán)境，繼而敏感度是各異的，但是也存在相對穩(wěn)定的指標(biāo)，涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)攝取值峰值、標(biāo)準(zhǔn)攝取值均值等內(nèi)容。

其次，進(jìn)行分割，即腫瘤分割。如果實體腫瘤的邊緣部位是相對明確的，實施分割的操作相對要簡單些，相反的，如果存在模糊不清晰的邊界狀態(tài)，則勢必會提升識辨的難度，例如浸潤性肺腺癌的周邊呈磨玻璃樣影（GGO）。而且也需要對于全肺和肺葉分割進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目紤]，對術(shù)后殘余肺功能以及發(fā)病率等作出重要的指導(dǎo)。肺葉分割實先采取氣道閾值，展開分割肺實質(zhì)、血管以及氣道，在進(jìn)行氣道跟血管等的移動以后，把左肺、右肺分離開[1,2]。

接下來，實施特征提取。腫瘤分割后在腫瘤感興趣區(qū)間中，將全部影像組學(xué)特征進(jìn)行提取。腫瘤學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，影像組學(xué)特征能夠進(jìn)行定量分析腫瘤特征，把人眼不能探測到的腫瘤生物學(xué)特征進(jìn)行揭示。

最后，特征選擇。獲取了繁多影像組學(xué)特征后，實施隨機(jī)森林法、支持向量機(jī)算法等展開特征選擇，也就是使得所獲內(nèi)容能夠滿足臨床價值，研究表明特征提取的影響因素較多，需要重點的考慮到癌癥檢測以及診斷等情況。在Parmar等研究中[3]，采取隨機(jī)森林法展開464例肺癌患者的影像組學(xué)特征分析，一共分析440個，顯示對于數(shù)據(jù)變動穩(wěn)定性更高。肺結(jié)節(jié)良惡性緊密的相關(guān)于影像組學(xué)特征，能夠作精確診斷肺結(jié)節(jié)模式。

1.2 影像組學(xué)特征類型

首先，形態(tài)學(xué)特征。其可以實施定義腫瘤物理特征，例如采取球形度、離散緊度等特征進(jìn)行量化腫瘤的圓度，采取三角測量實施計算表面面積。另外，腫瘤質(zhì)量為另一形態(tài)學(xué)特征，也是一個參數(shù)，即體積結(jié)合密度。常見肺癌組織學(xué)類型為肺腺癌，容易具有GGO結(jié)節(jié)影。腫瘤腫塊測量可以對GGO生長更早的檢測到。

其次，統(tǒng)計特征。在一級直方圖特征方面，直方圖為一階統(tǒng)計量基礎(chǔ)，其能夠計算的指標(biāo)較多，包括均值、能量、均勻度以及標(biāo)準(zhǔn)差等特征。采取直方圖分析的舉措，可以明確掌控定量特征的多種形式，在組織學(xué)定量特征上，能夠在體素水平上進(jìn)行肺癌細(xì)微變化的展現(xiàn)。在高階紋理特征方面，表示各體素空間信息內(nèi)容，經(jīng)圖像灰度個數(shù)等產(chǎn)生灰度共生矩陣，提取到灰度不均勻性等特征。相關(guān)的研究顯示[4]，跟紋理特征受到明顯影響的因素較多，涉及到了肺癌腫瘤分期、轉(zhuǎn)移等內(nèi)容。另外，區(qū)域特征可以對子區(qū)域數(shù)量、腫瘤內(nèi)的特定子區(qū)域發(fā)生頻率進(jìn)行反映，進(jìn)行描述腫瘤的空間異質(zhì)性上潛力巨大。例如，實施氟代脫氧葡萄糖正電子發(fā)射計算機(jī)斷層顯像以及CT圖像腫瘤內(nèi)分割模式，能夠?qū)τ谕伟┯嘘P(guān)的高危區(qū)域進(jìn)行識別。骨架化的另一種稱法為中軸提取，在計算機(jī)形狀分析中應(yīng)用甚廣，定量測量氣道，找到氣道內(nèi)部位再計算，之后于靶支氣管部位，分割的對象是垂直平面圖。另外，建立在Hu值，采取全寬度半極大值法，在發(fā)掘氣道壁內(nèi)像素、外像素方面實施應(yīng)用，以及進(jìn)行氣道壁尺寸的計算、管腔面積的提取等。

2.CT影像組學(xué)在腫瘤學(xué)中的臨床應(yīng)用情況

2.1 肺癌影像組學(xué)方法

國際肺癌研究協(xié)會已經(jīng)提出了分類肺癌的方案。很多的文獻(xiàn)資料介紹了，擁有GGO成分的亞固體結(jié)節(jié)，與之相關(guān)的因素就是肺腺癌范圍。一般的情況下，早期肺腺癌CT是單純GGO結(jié)節(jié)，所以GGO范圍成像對基因突變積累所導(dǎo)致侵襲前病變一直至腺癌變化的環(huán)節(jié)進(jìn)行體現(xiàn)。但是，不能避免的問題就是，受視覺有限認(rèn)知的影響、CT掃描方向主觀分析等情況，使得于GGO病變中進(jìn)行侵入性、非侵入性比例分析難度較高。一項研究進(jìn)行分析GGO肺腺癌病例術(shù)前CT圖像，顯示采取影像組學(xué)特征以后，可以展現(xiàn)出肺腺癌低于10mm的GGO浸潤前病變狀態(tài)，以及顯示到浸潤性病變程度。而且腫瘤的大小同CT衰減，為預(yù)測肺癌病理侵襲性關(guān)鍵性原因，聯(lián)系起腫瘤大小以及CT衰減，能夠?qū)η忠u性腺癌實施更精準(zhǔn)預(yù)測。在純GGO具有15mm以上的直徑的情況下，以及具備高像素衰減時，結(jié)節(jié)通常為浸潤性腺癌。另外，有相關(guān)的研究顯示，CT衰減值及其斜率可以實施良好的預(yù)測CT衰減變化、純GGO病變生長速度，因此肺癌特異性GGO影像組學(xué)特征可表達(dá)出腫瘤侵襲性信息也能夠?qū)δ[瘤生長實施一定的預(yù)測。

2.2 術(shù)后肺功能和術(shù)后并發(fā)癥的預(yù)測

預(yù)測術(shù)后肺功能，能夠積極的掌握住患者實施手術(shù)以后的病死危險情況、有無發(fā)生并發(fā)癥的幾率等。實施術(shù)后肺功能預(yù)測的方法較多，其中肺功能測定法、容積法、放射性核素肺掃描法等應(yīng)用范圍是較為廣泛的。如果為肺氣腫和間質(zhì)性肺疾?。↖LD）這種明顯的肺功能不均勻情況，需要于手術(shù)以后展開肺功能的預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)，吸氣/呼氣CT容積測量能夠?qū)πg(shù)后肺功能展開預(yù)測，而且定量CT能夠進(jìn)行局部以及全功能肺體積實施計算，同時能夠展開對非功能性體積肺區(qū)域的肺密度測量。定量CT于術(shù)后肺功能上預(yù)測功效巨大，術(shù)后實施預(yù)測肺功能密切的相關(guān)聯(lián)于灌注顯像肺功能測試。盡管肺葉切除術(shù)能夠降低以及丟失肺功能，但是實施肺癌、慢性阻塞性肺疾?。–OPD）病患的肺部切除以后，不會明顯程度的改善其肺功能，也就是肺容積減少效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)[5]，雙能CT能夠表現(xiàn)出特定時間點肺灌注圖像情況，對碘濃度實施量化以后實施顯現(xiàn)肺葉灌注比例，對術(shù)后肺功能實施預(yù)測。另外，術(shù)前CT圖像中肺纖維化情況，可以應(yīng)用到預(yù)測合并肺纖維化、肺氣腫肺癌患者術(shù)后發(fā)生死亡情況等中。肺纖維化程度方面，定量分析的基礎(chǔ)就是依照CT直方圖量化、紋理量化等方式進(jìn)行。預(yù)測肺部疾病中，大量地應(yīng)用到自動量化ILD以及GGO等。所以，實施治療以后的肺癌患者，對其預(yù)測發(fā)病率、病死率上可以實施定量分析ILD、COPD。

2.3 未來發(fā)展

CT影像組學(xué)屬于先進(jìn)的多學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的成果，在具有優(yōu)越的應(yīng)用成效同時，也存在需要不斷發(fā)展的部分。圖像采集還未形成標(biāo)準(zhǔn)化方式，研究機(jī)構(gòu)對于影像圖像的采集、觀察、分析等環(huán)節(jié)并不相同，在這種情況下，由于實施不同類型影像圖像研究，所以就阻礙各個影像圖像集之間統(tǒng)一對比，降低精確度。同時盡管很多的技術(shù)以及算法已經(jīng)具有廣泛的實踐于影像組學(xué)中，但是還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模式，沒有產(chǎn)生最優(yōu)方案，沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的國際通用協(xié)議。另外，跨多個機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)共享也為此方面上一項重要解決的問題，而且應(yīng)該維護(hù)好患者隱私權(quán)。未來需要更多的嚴(yán)謹(jǐn)研究，使得CT影像組學(xué)在肺癌中更加先進(jìn)化的應(yīng)用，給患者帶來福音。

3.結(jié)語

影像組學(xué)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)成像中作用愈加凸顯，建立在影像組學(xué)基礎(chǔ)上的精確診斷、治療決策支持系統(tǒng)逐漸的發(fā)展成當(dāng)前醫(yī)學(xué)重要性工具。CT影像組學(xué)具備良好的無創(chuàng)性特點，而且具備縱向比較等優(yōu)點，可以進(jìn)行個性化的評估肺惡性腫瘤，將其生存期增加以及提升生存質(zhì)量，提供給研究制作肺惡性腫瘤新藥物重要理論基礎(chǔ)，將診治水平切實的增強(qiáng)。在今后的研究中，此項技術(shù)會得到更加先進(jìn)化的發(fā)展，為患者帶來諸多的福音。