增強(qiáng)MRI 影像組學(xué)在乳腺癌分子亞型診斷中的應(yīng)用研究

葉釘利，孫雙燕（通訊作者），趙繼紅

（吉林省腫瘤醫(yī)院放射科 吉林 長(zhǎng)春 130021）

我國(guó)的乳腺癌發(fā)病率居于女性惡性腫瘤發(fā)病率的首位[1]，2011 年的專(zhuān)家共識(shí)[2]根據(jù)ER、PR、Ki-67和Her-2 的表達(dá)水平將乳腺癌分成Luminal A 型、Luminal B 型、三陰型和Her-2 過(guò)表達(dá)型4 種亞型，不同亞型患者的臨床干預(yù)和預(yù)后明顯不同[3]，以往有創(chuàng)的病理獲取方式有引起并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，影像組學(xué)[4]作為無(wú)創(chuàng)診斷方式越來(lái)越受到學(xué)界重視，其借助計(jì)算機(jī)軟件，采用特征提取方法高通量地從醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)中挖掘多維度定量影像學(xué)特征，并使用統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法，篩選最有價(jià)值的紋理特征用以訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以此鑒別診斷疾病。本研究探討增強(qiáng)MRI 影像組學(xué)模型在乳腺癌分子亞型鑒別診斷中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧分析2018 年1 月—2020 年1 月135 例于吉林省腫瘤醫(yī)院接受手術(shù)治療的乳腺癌患者的病理及影像資料，135 例患者均為女性，年齡29～67 歲，平均年齡（46.35±7.72）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①患乳腺癌接受手術(shù)治療者；②術(shù)前兩周內(nèi)行乳腺增強(qiáng)磁共振檢查者。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI 圖像有明顯的金屬或運(yùn)動(dòng)偽影者。所有患者均知情本試驗(yàn)并簽署同意書(shū)。

1.2 儀器與方法

采用西門(mén)子公司 Espree 1.5 T 磁共振和飛利浦公司Ingenia 3.0T 磁共振采集乳腺圖像?；颊卟扇「┡P位，將乳腺置于磁共振乳腺檢查專(zhuān)用線(xiàn)圈內(nèi)，雙臂上舉，頭先進(jìn)，增強(qiáng)對(duì)比劑注射方式采用高壓注射器靜脈團(tuán)注，流速為2.5 mL/s，先注射15 mL 0.9%氯化鈉溶液，隨后注射15 mL 對(duì)比劑。采用T1 壓脂序列獲取腫瘤組織對(duì)比劑注射后90 s 的磁共振增強(qiáng)圖像。

1.3 提取影像組學(xué)特征與機(jī)器學(xué)習(xí)

根據(jù)病理結(jié)果將患者分為6 組，第1 組為L(zhǎng)uminal A和Luminal B，第2 組為L(zhǎng)uminal A和Her-2 過(guò)表達(dá)型，第3 組為L(zhǎng)uminal A和三陰型，第4 組為L(zhǎng)uminal B和Her-2 過(guò)表達(dá)型，第5 組為L(zhǎng)uminal B和三陰型，第6組為Her-2 過(guò)表達(dá)型和三陰型。由2 名具有5 年以上乳腺磁共振診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用盲法分析乳腺M(fèi)RI 增強(qiáng)圖像并確定病灶邊界，采用Philips 特征提取軟件[5]提取病灶區(qū)域的三維紋理特征，而后對(duì)每個(gè)影像組學(xué)特征進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析、層次聚類(lèi)分析和主成分分析（PCA）以篩選出不同分子亞型間差異明顯的組學(xué)特征，以構(gòu)建Logistic 預(yù)測(cè)模型。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

每個(gè)病灶提取1 766 個(gè)紋理特征參數(shù)，最終保留5 個(gè)在各分子亞型間差異最明顯的影像組學(xué)特征，以此構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。

模型訓(xùn)練結(jié)果顯示，Logistic 預(yù)測(cè)模型在各組中的受試者操作特征曲線(xiàn)（ROC 曲線(xiàn)）下面積AUC 的值第1組為0.91、第2 組為0.90、第3 組為0.97、第4 組為0.88、第5 組為0.81、第6 組為0.89，預(yù)測(cè)模型在第3 組中的ROC 曲線(xiàn)如圖1 所示。

圖1 預(yù)測(cè)模型在第3 組中的ROC 曲線(xiàn)

3 討論

磁共振在乳腺癌的診治過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，承擔(dān)著病灶檢出、性質(zhì)鑒別和療效評(píng)價(jià)的多種診斷功能，隨著影像組學(xué)和人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展，磁共振影像不僅能夠提供病灶的形態(tài)學(xué)征象和組織弛豫信息，結(jié)合影像組學(xué)后還可提供更加豐富的組織病理學(xué)信息。在乳腺癌臨床診療中，根據(jù)乳腺癌對(duì)干預(yù)響應(yīng)的不同表現(xiàn)將乳腺癌分成4 種分子亞型，以ER、PR、HER-2和Ki-67 的不同表達(dá)水平區(qū)分，在乳腺癌診治中，不同分子亞型需要不同的治療方案是醫(yī)生們的共識(shí)，治療前準(zhǔn)確區(qū)分乳腺癌分子亞型，有助于臨床醫(yī)師制定更有效的干預(yù)措施，以達(dá)到最佳治療效果。

目前乳腺癌分子亞型的確定需要對(duì)病變組織進(jìn)行免疫組化檢查，病理組織通常由穿刺活檢獲得，然而穿刺活檢有其局限性。首先，當(dāng)乳腺內(nèi)存在多個(gè)病變時(shí)，穿刺活檢無(wú)法獲取所有病變的組織樣本，由于信息獲取不完整，可能影響臨床治療。其次，如果操作人員經(jīng)驗(yàn)不足或取樣位置不理想，無(wú)法將活檢針插入并提取有代表性的病變組織，最終會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論影響治療。影像組學(xué)作為無(wú)創(chuàng)診斷的方式越來(lái)越受到學(xué)界的重視，已經(jīng)在腫瘤良惡性診斷、不同類(lèi)型癌癥的分類(lèi)和預(yù)后評(píng)估中得到了廣泛的應(yīng)用。既往的研究結(jié)果[6]表明，4 種乳腺癌分子亞型間的磁共振影像學(xué)征象存在交叉重疊，判讀結(jié)果受觀察者主觀因素影響嚴(yán)重，無(wú)法為臨床提供效能穩(wěn)定的診斷結(jié)果。影像組學(xué)的方法能夠消除觀察者主觀因素對(duì)診斷結(jié)果的影響，能夠保證診斷效能的穩(wěn)定并為臨床決策提供支持。Fan 等[7]對(duì)60 例乳腺癌患者的乳腺磁共振增強(qiáng)圖像的研究結(jié)果顯示，基于磁共振增強(qiáng)圖像的影像組學(xué)模型在預(yù)測(cè)乳腺癌分子亞型中具有較好的診斷效能。Guo 等[8]對(duì)91 例乳腺癌患者的乳腺磁共振增強(qiáng)圖像的研究結(jié)果顯示，影像組學(xué)在預(yù)測(cè)乳腺癌病理分期中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本研究進(jìn)一步擴(kuò)大樣本容量，對(duì)135 例乳腺癌患者的磁共振增強(qiáng)圖像進(jìn)行分析，采用影像組學(xué)的方式從乳腺磁共振增強(qiáng)圖像中提取病灶1766 個(gè)紋理特征，采用Logistic 回歸算法建立分類(lèi)預(yù)測(cè)模型，用以區(qū)分乳腺癌不同的分子亞型。結(jié)果表明，影像組學(xué)的方法可以識(shí)別不同分子亞型的乳腺癌，我們可以將此應(yīng)用于難以通過(guò)穿刺活檢等方式獲得病理組織的患者，為其提供傾向性診斷以幫助制定臨床干預(yù)措施。但是我們的研究也存在一些不足，首先，本研究為單中心研究，可能導(dǎo)致結(jié)果缺乏拓展性，其次，不同分子亞型在乳腺癌患者中所占的比例不同，導(dǎo)致不同亞型的樣本數(shù)量差異很大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能會(huì)有偏差。接下來(lái)，我們會(huì)繼續(xù)收集相關(guān)病例，增加樣本量提高結(jié)果可信度，為臨床診療提供具有更高可靠性的參考。

綜上所述，基于增強(qiáng)MRI 影像組學(xué)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立的診斷模型在鑒別診斷不同乳腺癌分子亞型中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。