影像組學(xué)在肝癌中的研究應(yīng)用

喬 婷，王峻峰（通訊作者）

（1昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽外科 云南 昆明 650032）

（2云南省第一人民醫(yī)院肝膽外科 云南 昆明 650000）

肝癌（HCC）是全世界范圍內(nèi)常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，居于惡性腫瘤的第二位。2020年中國肝癌診療指南提示，全球肝癌的年新發(fā)病例數(shù)已達到84.1萬人，死亡78.8萬人。肝癌在我國年新發(fā)病例達到46.6萬，死亡42.2萬人，發(fā)病率與死亡率之比達1:0.9。盡管肝癌的診斷方案日益完善，但預(yù)后仍不理想，且其診斷和治療趨勢根據(jù)其生物學(xué)和基因組特征而發(fā)生變化。

數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，使得大數(shù)據(jù)技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像診斷的融合產(chǎn)生了新的影像組學(xué)方法，而醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的分析也成為了研究熱點。醫(yī)學(xué)成像作為探究影像特征的一種方法，在臨床診斷和治療中提供了全面視角和信息，為疾病的正確篩查、早期診斷、治療方案的選定等提供了科學(xué)的依據(jù)[1]。

1 影像組學(xué)

“影像組學(xué)”一詞最早由荷蘭學(xué)者在2012年提出[2]，將影像內(nèi)包含的所有信息提取出來然后進行綜合，再進行系統(tǒng)化的分析。更確切地說，影像組學(xué)選取影像感興趣區(qū)（ROI），使用自動化算法提取特征信息作為研究對象，進行腫瘤的分割和模型建立，借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法，從特征信息中提煉出更有價值的核心信息，作為疾病輔助診斷、分類或病理分級的重要參考數(shù)據(jù)。影像組學(xué)將影像信息進行量化研究，通過預(yù)測和分析來輔助醫(yī)師作出更準(zhǔn)確的診斷。

已有大量基于影像組學(xué)的分析研究證實影像組學(xué)在一定程度上可實現(xiàn)對腫瘤的診斷、治療以及預(yù)后，從而對患者進行個性化的精準(zhǔn)治療方案的制定與實施?；谏疃葘W(xué)習(xí)算法的發(fā)展和逐漸完善，影像組學(xué)研究有了新的突破方向，對疾病的預(yù)測準(zhǔn)確率有所提高。現(xiàn)如今，影像組學(xué)在臨床癌癥甚至整個醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⑵鸬皆絹碓酵怀龅淖饔?，為臨床醫(yī)師提供更為準(zhǔn)確的決策診療依據(jù)。

近年來，在腫瘤診斷、治療和預(yù)后等方面進行的探索研究眾多，影像組學(xué)將功能成像與潛在的腫瘤生物學(xué)行為直接進行關(guān)聯(lián)，或許可以作為基因組測序的代替物，用來指導(dǎo)腫瘤的預(yù)后以及療效評估，分析其中隱藏的生物學(xué)信息。

醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備和圖像分析技術(shù)的發(fā)展，模式識別工具和數(shù)據(jù)集規(guī)模的擴大，使得醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域功能性呈指數(shù)增長，各種影像學(xué)檢查技術(shù)提高了肝癌的檢出率。目前，PET-CT和SPECT-CT等混合成像設(shè)備已廣泛用于臨床和臨床前研究。

2 電子計算機斷層掃描（CT）

CT診斷由于它的特殊診斷價值，已廣泛應(yīng)用于臨床。

多數(shù)肝細胞肝癌的發(fā)生是由多級別癌變進展而來，其預(yù)后效果直接取決于病例組織學(xué)分級和類型。在HCC診斷以及病理分級中，影像學(xué)發(fā)揮著極為重要的作用。在一項增強CT影像學(xué)研究中[3]，發(fā)現(xiàn)病理分級與HCC影像學(xué)之間存在較大的關(guān)聯(lián)性，通過對圖像中所隱藏的生物信息進行挖掘，可以將組織的異質(zhì)性反映出來。

肝癌微血管侵犯（microvascular invasion, MVI）是評估肝癌復(fù)發(fā)風(fēng)險和選擇治療方案的重要參考依據(jù)，也是其預(yù)后的重要影響因素。有學(xué)者通過提取增強CT動脈期及門脈期肝癌病灶的影像組學(xué)特征，表明在預(yù)測肝癌MVI潛在分子標(biāo)志物的選擇上可以參考其影像學(xué)特征[4]。

CT與PET相結(jié)合的PET-CT在臨床中的應(yīng)用十分普遍，尤其是在腫瘤診斷上具有較高的參考價值。PET-CT憑借著高度的靈敏性以及解剖細節(jié)精確顯示的特點，在腫瘤定性與分期上應(yīng)用價值較大。一項對HCC介入治療后的病變殘留情況利用PET和CT進行對比研究結(jié)果表明,CT難以發(fā)現(xiàn)的殘留和存活腫瘤，PET可以觀察到[5]。

3 磁共振成像（MRI）

在軟組織成像中，MRI具有非常突出的表現(xiàn)，能夠提供比對性更高的結(jié)構(gòu)和功能信息，彌散加權(quán)成像（DWI）、動態(tài)對比增強磁共振成像（DCE-MRI）不僅可以顯示細胞的組織結(jié)構(gòu)，還能將微血管生成情況反映出來，通過采集MRI醫(yī)學(xué)圖像，可以獲取更加有效的影像學(xué)特征。它對疾病的診斷具有更大的潛在優(yōu)越性。

MRI影像組學(xué)不僅能夠反映腫瘤內(nèi)部表型改變，增強圖像的直方圖分析，還有助于術(shù)前評估HCC的病理分級[6]，利用影像組學(xué)特征預(yù)測模型具有較高的診斷效能，預(yù)后更有客觀性、合理性和全面性。

4 灰階超聲

超聲檢查無創(chuàng)便捷，是肝臟病變篩查、定性和隨訪的常規(guī)影像方法。通過超聲診斷技術(shù)，能夠全面了解患者肝臟的具體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、大小和周邊組織等情況，及時診斷和分析臨床檢查結(jié)果，從而為肝臟病變早期診斷等提供重要參考[7]。HCC和IMCC的灰度直方圖的偏度、灰度共生矩陣的對比度、一階直方圖、二階直方圖等均具有重要的診斷鑒別價值[8]。近年影像組學(xué)研究多集中于CT與MRI定量圖像的定量特征分析，對超聲影像組學(xué)研究較少。

5 討論

肝癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著人類的健康。肝臟腫瘤在我國的發(fā)病率和死亡率普遍都很高，患者預(yù)后較差。原發(fā)性肝癌在臨床確診時通常已經(jīng)發(fā)展到中期或晚期，在臨床上加大了治療的難度。因此，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療是提高原發(fā)性肝癌患者生存率的最佳途徑。

血清甲胎蛋白（AFP）是目前應(yīng)用最廣泛的肝癌診斷的腫瘤標(biāo)記物，但在肝癌早期階段靈敏度只有60%，部分肝癌患者在早期診斷時易出現(xiàn)AFP陰性。異常凝血酶原（DCP）在HCC患者血清中表達會升高，應(yīng)用DCP單獨診斷早期肝癌患者的靈敏度僅為56%，有學(xué)者報道，磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（GPC3）與腫瘤標(biāo)志物甲胎蛋白聯(lián)合應(yīng)用，肝臟腫瘤的檢出率可以提高至85%，但磷脂酰肌醇蛋白聚糖3除了在肝癌患者中表達升高，在其他惡性腫瘤中也會有血清GPC3表達增高，因此在應(yīng)用GPC3作為肝癌早期診斷指標(biāo)時還需要綜合考慮其他惡性腫瘤的影響。

現(xiàn)有的影像組學(xué)研究提出，腫瘤的宏觀影像特征與微觀基因的表達、蛋白質(zhì)分子的改變相關(guān)。腫瘤微環(huán)境、生活方式、遺傳物質(zhì)等眾多因素共同決定了腫瘤在形態(tài)和功能上的變化[9]。

CT提供的形態(tài)學(xué)信息對于定位放射性示蹤劑的異常攝取和射線衰減校正尤其有用[10]。MRI是另一個重要的形態(tài)學(xué)成像工具，可以與PET或 SPECT結(jié)合使用。與CT相比，MRI具有許多優(yōu)勢，包括更好的軟組織對比，無額外的輻射危害以及真正的四維同步成像。

目前，術(shù)前主要通過增強CT和MRI兩種方式對HCC和ICC進行影像診斷，但這兩種方式的應(yīng)用有一定的局限性，一些HCC和ICC在增強CT和MRI圖像中有所重疊，而影像組學(xué)可以將醫(yī)學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)化為高通量的數(shù)據(jù)信息，包括紋理參數(shù)、形狀特征等，對病灶進行精準(zhǔn)、客觀、定量的評價。