影像組學(xué)在混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌鑒別診斷中的價(jià)值＊

1.云南省曲靖市第一人民醫(yī)院磁共振科(云南 曲靖 655000)

2.四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科(四川 成都 610041)

金玉梅1,# 王葉武1,# 張 軍2程彥達(dá)1 馮 敏1 宋 彬2,*

肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌是僅次于肝細(xì)胞癌的第二常見肝臟惡性腫瘤[1]，而混合型肝癌的發(fā)病率只占原發(fā)性肝癌的4~14.2%[2]。二者的發(fā)病率不僅有差異，治療與預(yù)后也明顯不同。Lee等[3]報(bào)道，混合型肝癌患者的中位生存期短于肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌患者。手術(shù)治療是延長肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌患者生存期的首選治療方法[3]。而藥物靶向的治療方法對(duì)混合型肝癌有較好的治療效果[4]。所以術(shù)前準(zhǔn)確鑒別、診斷二者對(duì)于治療方案的選擇和預(yù)后的評(píng)估均具有重要臨床意義。然而，肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌與混合型肝癌有相似的常規(guī)影像表現(xiàn)[5-6]，依靠常規(guī)影像鑒別診斷二者比較困難[7]。

影像組學(xué)(radiomics)是從醫(yī)學(xué)圖像中高通量提取影像特征，并且基于這些影像特征的定量分析方法[8]。近年來，radiomics在腫瘤的臨床應(yīng)用中扮演重要的角色[9]。本研究旨在探討radiomics在混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌鑒別診斷中的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2015年1月至2019年12月在我院進(jìn)行手術(shù)，術(shù)后病理證實(shí)是肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌和混合型肝癌患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：手術(shù)后病理證實(shí)為肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌或混合型肝癌；術(shù)前在我院有完整的CT影像資料；CT檢查前沒有進(jìn)行抗腫瘤治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：穿刺活檢后證實(shí)為肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌或混合型肝癌；CT檢查前進(jìn)行其它治療；CT影像資料不完整。最后，有117例肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌和58例混合型肝癌納入研究，并按照2∶1的比例隨機(jī)分配到訓(xùn)練組(肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌78例，混合型肝癌39例)和驗(yàn)證組(肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌39例，混合型肝癌19例)。

1.2 CT檢查技術(shù)所有患者均使用Philips Brillance64 CT進(jìn)行掃描；患者取仰臥位，頭先進(jìn)，雙手上舉；掃描范圍自膈頂至肝臟下緣，吸氣末屏氣掃描；掃描參數(shù)：管電壓120kV，管電流200~250mAs，螺距1.375，采集層厚為5mm，層間距為5mm，準(zhǔn)直器寬度0.625mm；平掃完成后經(jīng)肘前靜脈注入非離子型造影劑碘普羅胺，劑量為1.2mL/kg，流率為3.0mL/s，然后用生理鹽水20mL沖洗。動(dòng)脈期和門靜脈期分別在注入造影劑25s和60s后掃描。

1.3 圖像的預(yù)處理及腫瘤的勾畫動(dòng)脈期及門靜脈期的CT圖像用AK軟件(artificial intelligence kit，V3.2.0，GE healthcare)先進(jìn)行預(yù)處理，包括1×1×1像素的重采樣和使用經(jīng)典高斯濾波器的降噪。為了得到腫瘤的感興趣區(qū)，使用開源軟件(ITK-SNAP，version 3.6.0)在預(yù)處理后圖像上對(duì)腫瘤病灶進(jìn)行逐層勾畫，直到完成整個(gè)腫瘤的分割。腫瘤病灶的勾畫過程由兩位高年資放射醫(yī)生單獨(dú)進(jìn)行。他們分別在一周內(nèi)完成病灶分割。感興趣區(qū)域標(biāo)注的一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)計(jì)算，其值大于0.8的納入進(jìn)一步的后期研究。

1.4 radiomics特征的篩選對(duì)每個(gè)感興趣區(qū)初始提取396個(gè)特征，然后采用零均值歸一化方法對(duì)提取的特征進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在訓(xùn)練組中，首選檢驗(yàn)與混合型肝癌及肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌相關(guān)的特征，用最小絕對(duì)收縮和選擇算子方法(the least absolute shrinkage and selection operator，LASSO)篩選出最有用的radiomics特征。

1.5 鑒別模型的建立與驗(yàn)證根據(jù)所選擇動(dòng)脈期及門靜脈期的特征分別建立logistic回歸模型，選擇效能高的作為radiomics模型，并通過該模型分別計(jì)算每個(gè)患者的radiomics評(píng)分(Rad score)。對(duì)于臨床因素，采用廣義線性模型單變量分析進(jìn)行預(yù)測(cè)因子的選擇，與上述相同的方法計(jì)算臨床評(píng)分(C-score)，建立臨床模型。結(jié)合Rad score、C-score進(jìn)行多變量分析，并使用后退式逐步回歸分析，以最小Akaike信息準(zhǔn)則(AIC)為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出有意義的預(yù)測(cè)因子，建立綜合模型。選擇上述最高鑒別能力和臨床效益的模型作為最后鑒別模型?；谧罱K模型中每個(gè)預(yù)測(cè)因子的回歸系數(shù)按比例轉(zhuǎn)換為0~100分的范圍并建立列線圖。ā系數(shù)最高的變量的影響(絕對(duì)值)分配100點(diǎn)。這些點(diǎn)被添加到獨(dú)立變量中，從而得到總點(diǎn)數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為預(yù)測(cè)概率。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法連續(xù)性變量以(±s)或中位數(shù)±四分位間距表示，用t檢驗(yàn)或Mann-Whitney U檢驗(yàn)。分類變量以數(shù)字和百分比表示，用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法比較。通過受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)和曲線下面積(area under the curve，AUC)量化各預(yù)測(cè)模型的鑒別性能。Delong's檢驗(yàn)用于比較任何兩個(gè)AUCs之間的統(tǒng)計(jì)差異。應(yīng)用決策曲線分析(decision curve analysis，DCA)評(píng)估模型的臨床實(shí)用性和凈效益。DCA將模型的凈收益計(jì)算為真陽性率和假陽性率之間的差值，并以選擇的風(fēng)險(xiǎn)閾值概率的幾率進(jìn)行加權(quán)。對(duì)于列線圖，使用Hosmer-Lemeshow擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，通過自舉重采樣法生成校準(zhǔn)圖以評(píng)估列線圖。使用R軟件(版本3.5.1，R project for statistical computing)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 臨床病理特征訓(xùn)練組與驗(yàn)證組在臨床病理特征之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表1)。單因素分析顯示，肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌與混合型肝癌在性別、年齡、AFP、肝硬化及乙肝之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；多因素分析顯示，性別、AFP、肝硬化及乙肝差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.2 模型的建立與驗(yàn)證臨床模型在訓(xùn)練組中包括性別(OR：0.24；95%CI：0.07~0.8)，AFP(OR: 0.06，95%CI：0.02~0.14)，肝硬化(OR：0.44；95%CI：0.15~1.28)和乙肝(OR：0.23；95%CI：0.07~0.72)。在鑒別混合型肝癌及肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌中，動(dòng)脈期及門靜脈期radiomics特征的AUC分別為0.802和0.787；ROC分析顯示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。鑒于動(dòng)脈期radiomics特征的AUC高，所以選擇其建立radiomics模型。Rad score計(jì)算公式：Y=2.195+0.557×skewness-0.158×stdDeviation+0.873×Clust erProminence_angle0_offset1-0.219×ClusterShade_angle0_offset3-0.232×GLCMEntropy_AllDirection_offset1_SD+6.874×GLCMEntropy_AllDirection_offset3_SD+0.844×HaralickCorrelation_AllDirection_offset1_SD-0.81×Inertia_angle90_offset1。

結(jié)合radiomics特征和臨床危險(xiǎn)因素建立綜合模型。上述模型均在驗(yàn)證組中得到進(jìn)一步證實(shí)。模型在訓(xùn)練組及驗(yàn)證組中的AUC、準(zhǔn)確性、敏感性及特異性見表2。

2.3 模型的效能radiomics模型的AUC低于臨床模型。鑒別診斷效能最高的是綜合模型(表2)。Delong's檢驗(yàn)顯示，綜合模型與radiomics模型的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，圖1)。綜合模型的校準(zhǔn)曲線顯示，無論是訓(xùn)練組，還是驗(yàn)證組，預(yù)測(cè)與觀察的一致性都很好(圖2)。DSA分析顯示，綜合模型的凈收益最好(圖3)。所以，選擇綜合模型作為鑒別診斷肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌與混合型肝癌的模型。

3 討 論

混合型肝癌的概念首先由Allen和Lisa在1949年提出[10]，2010年，WHO將其分為經(jīng)典型和干細(xì)胞特征型。鑒于混合型肝癌含有肝細(xì)胞癌和膽管細(xì)胞癌成分，理論上認(rèn)為其在常規(guī)影像上具有二者特征的混合表現(xiàn)，既有動(dòng)脈期強(qiáng)化，門脈期廓清區(qū)域，又有漸性延遲強(qiáng)化區(qū)域。然而，這個(gè)典型影像特征只發(fā)生在少數(shù)病例[11-12]。有研究報(bào)道，即使組織病理學(xué)檢查顯示腫瘤內(nèi)是肝細(xì)胞癌占主要成分，但混合型肝癌的影像特征總體上更類似于肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌[13-15]。所以，術(shù)前準(zhǔn)確鑒別診斷混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌具有挑戰(zhàn)性[11,16]。

radiomics是從醫(yī)學(xué)影像中高通量提取影像組學(xué)特征，采用定量分析方法，深度挖掘醫(yī)學(xué)影像中隱含的信息，可以反映腫瘤的蛋白基因表達(dá)和異質(zhì)性[8]。近年來，radiomics在臨床實(shí)踐中起到越來越重要的作用。本研究采用radiomics結(jié)合臨床危險(xiǎn)因素構(gòu)建定量化模型來鑒別診斷混合型肝癌和肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌。該模型無論在訓(xùn)練組抑或驗(yàn)證組，均表現(xiàn)出優(yōu)秀的鑒別診斷能力和穩(wěn)定性，可為臨床決策提供新的方法。

本研究發(fā)現(xiàn)，乙肝與肝硬化是混合型肝癌的危險(xiǎn)因子，與Wang等[17]的報(bào)道一致。然而，F(xiàn)owler等[12]的報(bào)道，乙肝與混合型肝癌的相關(guān)性小。造成這種不一致的結(jié)果可能由于研究的人口特征不同。研究也顯示，AFP是混合型肝癌的危險(xiǎn)因子，與Tian等[18]報(bào)道一致。本研究中混合型肝癌更多地發(fā)生在男性，與以前報(bào)道一致[16,19]。

本研究發(fā)現(xiàn)，無論是從動(dòng)脈期，還是門靜脈期CT圖像上提取的radiomics特征均有較好的鑒別診斷能力，可反映混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的內(nèi)部異質(zhì)性的差異。但是，動(dòng)脈期與門靜脈期的radiomics特征在鑒別二者之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，總體上是動(dòng)脈期的radiomics特征有更高的AUC。Ji等[20]的研究認(rèn)為，從動(dòng)脈期CT圖像提取的radiomics特征預(yù)測(cè)肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的能力優(yōu)于門靜脈期radiomics特征。我們推測(cè)可能與動(dòng)脈期CT radiomics特征含有更多的信息有關(guān)，真正的原因值得進(jìn)一步研究。鑒于此，本研究采用用從動(dòng)脈期CT圖像提取的radiomics特征來建立radiomics模型；模型不論在訓(xùn)練組，還是驗(yàn)證組均顯示良好的鑒別診斷能力。

本研究發(fā)現(xiàn)，radiomics模型的AUC低于臨床模型，與Banerjee等[21]的報(bào)道一致?；旌闲透伟┡c肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌病灶內(nèi)均含有膽管細(xì)胞癌成分，radiomics特征可能存在一定程度的重疊，導(dǎo)致單獨(dú)的radiomics模型的鑒別效能較低。然而，結(jié)合臨床危險(xiǎn)因素和radiomics特征的綜合模型的AUC最高，DSA分析也顯示，綜合模型的凈收益最好，說明radiomics特征可以提高臨床危險(xiǎn)因素鑒別混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的能力。

本研究有一些局限性：(1)本研究是回顧性研究，選擇性偏見可能存在；(2)本研究是單一中心研究，需要其它中心進(jìn)行驗(yàn)證。(3)鑒于混合型肝癌的稀少性，樣本量較小。

綜上所述，radiomics特征可以提高臨床危險(xiǎn)因素鑒別混合型肝癌與肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的效能，為個(gè)性化的臨床決策提供新的方法。