基于CT 影像組學(xué)預(yù)測(cè)胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的價(jià)值

田洪瀅，征 錦，沈 力

1.揚(yáng)州大學(xué)附屬蘇北人民醫(yī)院影像科，江蘇 揚(yáng)州 225001；2.江蘇省揚(yáng)州市第二人民醫(yī)院影像科，江蘇 揚(yáng)州225007

近年來，胃癌死亡率和發(fā)病率分別居全球惡性腫瘤的第4 位和第5 位［1］。胃腺癌是胃癌中最常見的一種病理類型，占胃癌患者的90%以上［2］，多數(shù)患者就診時(shí)已處于進(jìn)展期［3］。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是胃癌最常見的轉(zhuǎn)移方式［4］。根治性胃切除術(shù)是該病最重要的治療方法，部分晚期患者仍需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行輔助或新輔助治療［5］，因此術(shù)前評(píng)估淋巴結(jié)是否發(fā)生轉(zhuǎn)移對(duì)臨床治療方案選擇尤為重要。目前，CT 增強(qiáng)掃描是胃癌的首選影像檢查方法［6］。影像組學(xué)是一種新興的技術(shù)，其基于影像圖像，提取影像特征參數(shù)建立影像組學(xué)模型，用以輔助臨床疾病診療［7-8］。近年來，影像組學(xué)研究已在預(yù)測(cè)腫瘤的基因表型、病理類型、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及預(yù)后等方面顯示出重要潛能［9-11］。本研究擬用影像組學(xué)方法預(yù)測(cè)胃腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性收集2019 年1 月至2021 年12 月經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)為胃腺癌患者的腹部CT 增強(qiáng)掃描圖像及臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①外科手術(shù)切除且術(shù)后病理確診為胃腺癌；②臨床資料及術(shù)后病理資料完整；③術(shù)前行CT 增強(qiáng)掃描檢查且癌灶顯示確切；④術(shù)前未行放化療、新輔助治療等。排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前曾行放化療、新輔助治療等；②CT 增強(qiáng)掃描圖像質(zhì)量不符合要求（圖像質(zhì)量不佳、無法清晰顯示病灶等）；③未有確切病理結(jié)果者。共納入174 例患者，其中男133 例，女41 例；年齡46～89 歲，平均（67.29±8.10）歲。根據(jù)有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，將患者分為陽性組104 例和陰性組70 例。

1.2 儀器與方法

采用GE Optima CT660 MSCT 掃描儀。增強(qiáng)掃描前常規(guī)禁食8 h，檢查前15 min 一次性口服2.0%泛影葡胺溶液800～1 000 mL，經(jīng)肘靜脈注射對(duì)比劑碘海醇（碘濃度300 mg/mL），劑量80～100 mL，注射流率2.5～3.0 mL/s。層厚、層距均為5 mm。于注射后25～30、60～70 s 行動(dòng)脈期、門靜脈期掃描。

1.3 圖像分析及處理

將所有圖像以DICOM 格式導(dǎo)入到“uAI Research Portal”平臺(tái)上，由1 名具有多年CT 診斷經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師于動(dòng)脈期及門靜脈期圖像最大橫斷層面手動(dòng)勾畫ROI。同一患者的增強(qiáng)掃描動(dòng)脈期及門靜脈期圖像保持在同一界面，選擇病灶最大截面，避開周圍氣體及液體，在距腫瘤邊緣2 mm 處繪制腫瘤區(qū)域。再由1 名診斷經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資影像科醫(yī)師對(duì)ROI勾畫分割結(jié)果進(jìn)行校對(duì)，意見不統(tǒng)一時(shí)，經(jīng)討論達(dá)成共識(shí)（圖1）。并對(duì)勾選的ROI 進(jìn)行影像組學(xué)特征提取。共提取7 類影像組學(xué)特征：一階特征、形態(tài)、灰度行程矩陣、灰度共生矩陣、灰度大小區(qū)域矩陣、灰度依賴矩陣及鄰域灰度差分矩陣。

1.4 特征提取和篩選

在“uAI Research Portal”平臺(tái)從動(dòng)脈期及門靜脈期CT 圖像中提取影像組學(xué)特征各2 600 個(gè)，數(shù)據(jù)分組采用5 折交叉驗(yàn)證，采用Z 分?jǐn)?shù)歸一化及最小絕對(duì)收縮與選擇算子（LASSO）特征選擇方法，并設(shè)置最優(yōu)協(xié)調(diào)參數(shù)alpha 值分別為0.08、0.05，提取最優(yōu)特征參數(shù)。雙期融合模型則在動(dòng)脈期及門靜脈期提取的特征基礎(chǔ)上設(shè)置α=0.05，進(jìn)一步篩選最佳特征參數(shù)。

1.5 模型建立與評(píng)估

根據(jù)選擇的特征對(duì)數(shù)據(jù)分類，3 種預(yù)測(cè)模型均采用Z 分?jǐn)?shù)歸一化對(duì)數(shù)據(jù)做預(yù)處理，使用邏輯回歸分類器分類構(gòu)建動(dòng)脈期、門靜脈期及雙期融合模型。所有樣本經(jīng)5 折交叉驗(yàn)證后分為訓(xùn)練集139 例（淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移83 例，淋巴結(jié)未轉(zhuǎn)移56 例）和測(cè)試集35 例（淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移21 例，淋巴結(jié)未轉(zhuǎn)移14 例）。用ROC 曲線及AUC 評(píng)價(jià)訓(xùn)練集模型的預(yù)測(cè)能力，用測(cè)試集數(shù)據(jù)驗(yàn)證相應(yīng)模型的預(yù)測(cè)能力。AUC 結(jié)果：0.50～0.59 為差；0.60～0.69為一般；0.70～0.79為良好；0.80～0.89 為非常好；0.90～1.00 為優(yōu)秀。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料采用Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，采用表示，2 組間比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以例（%）表示，2 組間二分類資料比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組、陽性組臨床特征比較

2 組年齡、性別差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），脈管侵犯、神經(jīng)侵犯情況比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）（表1）。

表1 淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組、陽性組臨床特征比較

2.2 影像組學(xué)預(yù)測(cè)模型

對(duì)動(dòng)脈期及門靜脈期各原始特征參數(shù)（2 600 個(gè)）過濾篩選后分別得到10、14 個(gè)特征參數(shù)，將其雙期融合篩選后共得到15 個(gè)特征參數(shù)（表2）。

表2 動(dòng)脈期、門靜脈期及雙期融合篩選的影像組學(xué)特征參數(shù)

動(dòng)脈期、門靜脈期及雙期融合3 種模型中的特征參數(shù)wavelet_glszm_wavelet-hhh-zoneentropy 在淋巴結(jié)陰性組及陽性組之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001）。

動(dòng)脈期、門靜脈期及雙期融合模型訓(xùn)練集AUC分別為0.843、0.894、0.911（圖2），測(cè)試集分別為0.834、0.849、0.892（圖3）。3 個(gè)影像組學(xué)模型對(duì)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移均具有較好的預(yù)測(cè)效能，其中融合模型較單純動(dòng)脈期或門靜脈期模型效果更好，精確率、敏感度、特異度及準(zhǔn)確率優(yōu)于前兩者（表3）。

表3 影像組學(xué)模型預(yù)測(cè)胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評(píng)估效能分析

圖2 訓(xùn)練集不同期相邏輯回歸模型ROC 曲線 圖3 測(cè)試集不同期相邏輯回歸模型ROC 曲線

3 討論

我國是全球胃癌發(fā)病率最高的國家，且我國胃癌患者在臨床病理學(xué)特征、治療方式及藥物選擇等方面與全球其他區(qū)域有差異［12］。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是胃癌最常見轉(zhuǎn)移方式，亦是影響預(yù)后的重要因素之一［13］。術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況對(duì)手術(shù)規(guī)劃至關(guān)重要。而CT 檢查是胃癌術(shù)前評(píng)估淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的主要手段［14］。影像組學(xué)可從醫(yī)學(xué)圖像中提取大量數(shù)據(jù)信息，全面、動(dòng)態(tài)評(píng)估腫瘤的異質(zhì)性，定量描述腫瘤表型［15］。

本研究利用影像組學(xué)方法深度挖掘腫瘤自身圖像的細(xì)微差別，提取可評(píng)價(jià)淋巴結(jié)情況的特征信息，并采用邏輯回歸分類器建立模型用以預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況。胃腺癌深部纖維結(jié)締組織較多，門靜脈期的強(qiáng)化程度高于動(dòng)脈期［16］，本研究顯示門靜脈期AUC大于動(dòng)脈期，表明腫瘤門靜脈期特征對(duì)反映腫瘤特征更具優(yōu)勢(shì)，與Li 等［17］研究一致。Wang 等［18］所構(gòu)建動(dòng)脈期模型AUC 達(dá)0.886，較本研究略高，可能與分類器差異有關(guān)。Li 等［17］建立了動(dòng)脈期和門靜脈期影像組學(xué)模型用于預(yù)測(cè)胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的效能，結(jié)果顯示門靜脈期AUC 為0.76，高于動(dòng)脈期（0.71），其研究采用雙能CT 圖像，不同能量圖像的組合豐富了輸入特征，拓展了傳統(tǒng)CT 的能力。本研究采用普通CT 增強(qiáng)掃描圖像，獲得的圖像信息較其有所不足，不過預(yù)測(cè)模型具有更廣泛的適用性，納入例數(shù)雖較其略少，但增加了雙期融合預(yù)測(cè)模型，且所得動(dòng)脈期及門靜脈期模型AUC 均較Li 等［17］報(bào)道的略高，提示融合模型能更好預(yù)測(cè)胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

本研究顯示，年齡及性別在胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組與非轉(zhuǎn)移組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，脈管及神經(jīng)侵犯情況在2 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與既往研究［19-21］一致。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性組發(fā)生脈管侵犯及神經(jīng)侵犯的概率分別為51.0%、46.2%，較陰性組的11.4%、20.0%顯著升高，提示脈管侵犯及神經(jīng)侵犯與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移存在一定相關(guān)性。腫瘤細(xì)胞侵及胃壁黏膜下層時(shí)，會(huì)在其脈管系統(tǒng)中形成癌栓，且浸潤(rùn)越深越易發(fā)生，癌栓是癌細(xì)胞發(fā)生擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［22-23］。脈管及神經(jīng)組織侵犯的胃腺癌具有較強(qiáng)的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移能力［20-21］，同時(shí)脈管和神經(jīng)侵犯也是進(jìn)展期胃癌患者術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［24］。脈管及神經(jīng)侵犯直接影響胃癌治療方式，部分有神經(jīng)束或血管、淋巴管浸潤(rùn)胃癌患者需行輔助化療［25］，術(shù)中無法擴(kuò)大切除、存在或疑有脈管、神經(jīng)侵犯及分化類型差再化療敏感度較低的胃癌患者可考慮術(shù)中放療［12］。

目前，各種組學(xué)軟件較多，特征參數(shù)亦不盡相同。本研究動(dòng)脈期、門靜脈期及雙期融合3 種模型中特征參數(shù)wavelet_glszm_wavelet-hhh-zoneentropy 在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組及陽性組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示其可能是預(yù)測(cè)胃腺癌淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵特征參數(shù)，但其是否為確切關(guān)鍵特征參數(shù)仍有待進(jìn)一步研究。

本研究存在的不足：①對(duì)腫瘤的勾畫僅選取了最大直徑層面，未對(duì)三維立體的腫瘤進(jìn)行評(píng)價(jià)；②樣本量較小，缺乏多中心研究；③未與其他臨床指標(biāo)結(jié)合建立聯(lián)合模型。

總之，通過獲取胃腺癌不同期相CT 增強(qiáng)掃描圖像影像組學(xué)特征，構(gòu)建邏輯回歸模型能夠有效地進(jìn)行術(shù)前胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)，且具有較好的預(yù)測(cè)效能。但影像組學(xué)所提取的特征受諸多因素影響，未來研究的樣本量仍需進(jìn)一步擴(kuò)大，為胃腺癌患者術(shù)前診斷及治療方案的選擇提供更全面的依據(jù)。