影像組學(xué)在甲狀腺癌中的應(yīng)用進(jìn)展

蔡昱，丁雪明，肖盼

（廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 超聲科，廣西 南寧 530007）

0 引言

甲狀腺癌是內(nèi)分泌系統(tǒng)常見(jiàn)的腫瘤，在最近幾十年中，甲狀腺癌，尤其是甲狀腺乳頭狀甲狀腺癌的發(fā)病率急劇上升。據(jù)估計(jì)，每年約有52,890新發(fā)病例，2,180例死亡病例[1]。超聲、CT、MRI是甲狀腺結(jié)節(jié)檢查的影像學(xué)方法，而超聲因操作簡(jiǎn)便、快捷等優(yōu)勢(shì)成為甲狀腺結(jié)節(jié)首先的影像學(xué)檢查方法。由于超聲依賴(lài)操作者的經(jīng)驗(yàn)，因此有必要探索一種高效、準(zhǔn)確的檢查方法。影像組學(xué)首先由Lambin教授提出，是由醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，分析影像特征與臨床疾病之間的相關(guān)性，建立預(yù)測(cè)模型，從而對(duì)疾病進(jìn)行分期分型，預(yù)測(cè)患者生存。目前影像組學(xué)已經(jīng)在多種疾病中開(kāi)展，包括乳腺癌、肝癌、肺癌等多種疾病，本文主要總結(jié)了影像組學(xué)在甲狀腺癌中的臨床應(yīng)用研究。

1 影像組學(xué)對(duì)于甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的判斷

盡管超聲是甲狀腺結(jié)節(jié)首選的影像學(xué)檢查方法，但也具有一定的局限性。一項(xiàng)研究結(jié)果指出，與初級(jí)放射科醫(yī)師進(jìn)行的ACR TI-RADS評(píng)估相比，影像組學(xué)在經(jīng)過(guò)三級(jí)醫(yī)院組織學(xué)驗(yàn)證的甲狀腺結(jié)節(jié)中表現(xiàn)出良好的預(yù)測(cè)甲狀腺結(jié)節(jié)惡性的性能[2]。應(yīng)用影像組學(xué)方法分析甲狀腺結(jié)節(jié)的CT平掃圖像，根據(jù)提取的影像組學(xué)特征，構(gòu)建了不同的診斷模型，結(jié)果表明共組合成支持向量機(jī)模型在訓(xùn)練集中的診斷的準(zhǔn)確性、特異度、敏感度均為100%，在測(cè)試集中準(zhǔn)確性、特異度、敏感度分別為91.4%、95.5%、82.7%，而常規(guī)超聲分別為77.3%、73.8%、79.5%，CT平掃則為71.7%、61.5%、84.3%，結(jié)果表明基于CT的影像組學(xué)建立的共組合成支持向量機(jī)模型對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性診斷具有一定的價(jià)值，優(yōu)于超聲及CT平掃[3]。另一研究也表明人工智能對(duì)于預(yù)測(cè)甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性具有一定的應(yīng)用價(jià)值[4]。

2 影像組學(xué)預(yù)測(cè)甲狀腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移

超聲檢查是評(píng)估甲狀腺癌有無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的首先影像學(xué)方法，然而受檢查者的操作水平、臨床經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，具有一定的局限性。有研究基于甲狀腺癌的超聲橫切面、縱切面及雙切面，利用影像組學(xué)探討甲狀腺癌結(jié)節(jié)的紋理特征對(duì)中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移判斷的能力，其結(jié)果顯示甲狀腺結(jié)節(jié)橫切面、縱切面、雙切面預(yù)測(cè)甲狀腺癌中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確率分別為66.06%、68.12%、77.69%，表明基于甲狀腺癌結(jié)節(jié)的雙切面影像組學(xué)方法預(yù)測(cè)甲狀腺癌中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性高于單切面[5]。有學(xué)者從超聲圖像中篩選出50個(gè)預(yù)測(cè)淋巴結(jié)狀態(tài)的影像組學(xué)特征，基于50個(gè)影像組學(xué)特征的模型顯示，對(duì)淋巴結(jié)預(yù)測(cè)的AUC值在訓(xùn)練集中為0.712，在測(cè)試集中為0.727，其結(jié)果顯示基于影像組學(xué)可以術(shù)前無(wú)創(chuàng)評(píng)估甲狀腺乳頭狀癌轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)[6]。有研究發(fā)現(xiàn)從剪切波彈性成像（shear-wave elastography，SWE）圖像和相應(yīng)的B型超聲（BMUS）圖像中提取并篩選出與中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)的影像組學(xué)特征，并構(gòu)建了SWE和BMUS評(píng)分模型，結(jié)果表明中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者的SWE和BMUS Rad得分均明顯增高，SWE Rad評(píng)分、多焦點(diǎn)和超聲報(bào)告淋巴結(jié)狀態(tài)是中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，應(yīng)用三者構(gòu)建出的諾模圖在判斷中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中顯示出良好的校準(zhǔn)和區(qū)分度，在訓(xùn)練組中，AUC值為0.851（95%CI：0.791-0.912），驗(yàn)證組中，AUC值為0.832（95%CI：0.749-0.916）[7]。除了SWE外，還可以從應(yīng)變彈性成像超聲（SE-US）中提取影像組學(xué)特征，一項(xiàng)研究利用超B型超聲，SE-US中提取特征，構(gòu)建預(yù)測(cè)甲狀腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的模型，AUC值為0.90，精確度為0.85，敏感度為0.88[8]。此外，影像組學(xué)還可用于評(píng)估甲狀腺癌側(cè)區(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評(píng)估，一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，在訓(xùn)練集中，區(qū)分頸部側(cè)區(qū)淋巴結(jié)有無(wú)轉(zhuǎn)移的AUC值為0.710（95%CI：0.649-0.770），驗(yàn)證集中AUC值為0.621（95%CI：0.569-0.682）[9]。無(wú)論超聲、CT或者二者聯(lián)合，對(duì)于甲狀腺癌中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷的敏感度均不高，有學(xué)者對(duì)比研究了超聲影像組學(xué)、超聲、CT以及超聲聯(lián)合CT對(duì)甲狀腺乳頭狀癌中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷價(jià)值，結(jié)果表明超聲影像組學(xué)對(duì)中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷的敏感性、準(zhǔn)確性均高于超聲、CT、超聲聯(lián)合CT[10]。另一項(xiàng)研究則基于CT影像學(xué)資料構(gòu)建了諾模圖，改善了甲狀腺乳頭狀癌患者中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移術(shù)前預(yù)測(cè)的價(jià)值[11]。

3 影像組學(xué)特征與甲狀腺癌其他特征的研究

研究表明，超聲影像組特征與甲狀腺癌數(shù)種蛋白質(zhì)呈相關(guān)性[12]。免疫組化一般是患者術(shù)后取得組織后才進(jìn)行的一種的檢查方法，而通過(guò)影像組學(xué)可以預(yù)測(cè)可疑甲狀腺結(jié)節(jié)的免疫組化結(jié)果，基于CT的影像資料構(gòu)建了預(yù)測(cè)甲狀腺結(jié)節(jié)的免疫指標(biāo)的模型，細(xì)胞角蛋白19模型的最佳性能在訓(xùn)練隊(duì)列中的準(zhǔn)確性為84.4%，在驗(yàn)證隊(duì)列中的準(zhǔn)確性為80.0%。甲狀腺過(guò)氧化物酶和半乳凝素3預(yù)測(cè)模型在訓(xùn)練隊(duì)列中的準(zhǔn)確度分別為81.4%和82.5%，在驗(yàn)證隊(duì)列中的準(zhǔn)確度為84.2%和85.0%，表明通過(guò)影像組學(xué)的方法構(gòu)建的模型可用預(yù)測(cè)可疑甲狀腺結(jié)節(jié)的免疫組化指標(biāo)[13]。影像組學(xué)還可以術(shù)前評(píng)估甲狀腺癌的侵襲性，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多參數(shù)MRI影像組學(xué)的研究結(jié)果顯示術(shù)前區(qū)分甲狀腺癌的侵襲性的AUC值為0.92，而僅憑臨床特征預(yù)測(cè)侵襲性的AUC值為0.56，表明基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多參數(shù)MR影像學(xué)放射學(xué)可以在術(shù)前準(zhǔn)確地區(qū)分侵襲性型和非侵襲性型甲狀腺乳頭狀癌， 這種方法可能有助于分析患者的治療策略和預(yù)后[14]。另一項(xiàng)基于CT的影像組學(xué)術(shù)前預(yù)測(cè)甲狀腺癌的腺體外浸潤(rùn)的研究納入了5個(gè)與腺體外浸潤(rùn)顯著相關(guān)的影像組學(xué)特征，構(gòu)建的諾模圖提高了對(duì)甲狀腺癌腺體外浸潤(rùn)評(píng)估的預(yù)測(cè)價(jià)值[15]。預(yù)后是臨床醫(yī)生常常關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，基于超聲的影像組學(xué)評(píng)估甲狀腺乳頭狀癌患者無(wú)病生存的危險(xiǎn)比值為3.087，因此基于超聲的影像組學(xué)特征可能可以成為甲狀腺乳頭狀癌患者風(fēng)險(xiǎn)分層的生物標(biāo)記物[16]。

綜上所述，影像組學(xué)在甲狀腺癌中的應(yīng)用包括對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的判斷、術(shù)前評(píng)估甲狀腺癌有無(wú)頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)、與甲狀腺癌相關(guān)蛋白、基因的相關(guān)性研究以及甲狀腺癌預(yù)后的分析。因此影像組學(xué)對(duì)甲狀腺癌的研究具有巨大的發(fā)展空間，隨著影像組學(xué)研究的發(fā)展，其對(duì)臨床的作用也會(huì)愈發(fā)突出。