基于IVIM-DWI定量參數(shù)的影像組學(xué)預(yù)測鼻咽癌短期療效

戴干棉，武文淵，傅麗莉，李天生，羊倩羽，黃薇園，郭義昊，陳峰

0 前言

鼻咽癌是一種多基因調(diào)控疾病，在中國的頭頸部惡性腫瘤中發(fā)病率為首位[1-3]，且具有明顯的區(qū)域性高發(fā)特性，以廣東、海南發(fā)病率最高。較大多數(shù)其他癌癥，鼻咽癌的預(yù)后通常要好，五年生存率可達(dá)到80%[4]。根治性放療是其主要治療手段，但仍有近15%的患者在治療結(jié)束后短期腫瘤局部復(fù)發(fā)導(dǎo)致治療失敗，預(yù)后不佳[5-6]，因此提高鼻咽癌治療療效至關(guān)重要。腫瘤微環(huán)境與腫瘤治療效果密切相關(guān)[7-9]，fMRI如動(dòng)態(tài)對比增強(qiáng)MRI（dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）與擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging, DWI）被用于評(píng)估鼻咽癌治療敏感性[10-12]，DCE-MRI 可提供腫瘤組織灌注相關(guān)信息，但容易受到患者血壓和心率的影響。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)DWI（intravoxel incoherent motion DWI, IVIM-DWI）可將血流微循環(huán)灌注效應(yīng)及組織水分子真實(shí)擴(kuò)散進(jìn)行量化分析[13]，然而在使用傳統(tǒng)方法分析IVIM-DWI定量參數(shù)時(shí)，預(yù)測性能低于傳統(tǒng)TNM分期[14]，且對鼻咽癌患者的預(yù)后預(yù)測相關(guān)性較弱，穩(wěn)定性低[15]。影像組學(xué)方法為解決此問題提供了新思路，基于IVIM-DWI的影像組學(xué)分析在宮頸癌患者中已經(jīng)被證明具有可行性[16]，而將其應(yīng)用于鼻咽癌的研究目前尚為空白。因此本研究通過影像組學(xué)建模的方法回顧性分析80例鼻咽癌患者的IVIM-DWI定量參數(shù)組學(xué)特征，旨在開發(fā)出用于臨床預(yù)測鼻咽癌患者的短期放化療療效的生物標(biāo)志物，為提高鼻咽癌治療療效提供新的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2019 年1 月至2021 年9 月期間于海南省人民醫(yī)院經(jīng)鼻咽鏡檢查及病理確診的首程鼻咽癌并在放療科接受以根治性放療為基礎(chǔ)綜合性治療的患者資料，所有患者均在治療前行頭頸部常規(guī)MRI檢查及IVIM-DWI 檢查，并在治療結(jié)束后一年內(nèi)每3 個(gè)月進(jìn)行鼻咽部MRI 隨訪。本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)海南省人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，免除受試者知情同意，批準(zhǔn)文號(hào)：HYLL-2022-368。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）首次確診為鼻咽癌的患者且經(jīng)活檢病理以及鼻咽鏡證實(shí)；（2）既往無任何腫瘤病史；（3）既往未行任何抗腫瘤治療；（4）Karnofsky 評(píng)分＞80，得分越高表明患者更有可能接受徹底的治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）頭頸部曾接受過放療或者化療；（2）MRI圖像質(zhì)量差、偽影及干擾項(xiàng)目多，無法滿足診斷或評(píng)價(jià)需求；（3）拒絕完成隨訪計(jì)劃；（4）患者有治療禁忌證或檢查禁忌證。

1.2 掃描設(shè)備及方法

入組患者在治療前應(yīng)用德國Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MRI 設(shè)備及頭頸Head/Neck 20 通道聯(lián)合線圈完成以下MRI掃描序列：

（1）質(zhì)子加權(quán)鼻咽部軸位快速自旋回波序列：視野180 mm×180 mm，層厚4 mm，層間距1.2 mm，回波時(shí)間9 ms，重復(fù)時(shí)間625 ms，層數(shù)20 層；（2）鼻咽部軸位T1加權(quán)自旋回波序列：視野180 mm×180 mm，層厚4 mm，層間距1.2 mm，回波時(shí)間30 ms，重復(fù)時(shí)間4070 ms，層數(shù)20 層；（3）鼻咽部軸位T1 加權(quán)增強(qiáng)掃描序列：視野180 mm×180 mm，層厚4 mm，層間距1.2 mm，回波時(shí)間30 ms，重復(fù)時(shí)間4070 ms，層數(shù)20 層；（4）鼻咽部IVIM-DWI 序列：視野240 mm×240 mm，層厚4.4 mm，回波時(shí)間75 ms，重復(fù)時(shí)間4170 ms，層數(shù)25層，體素2.6 mm×2.6 mm×2.6 mm，采用0、10、20、30、40、50、100、150、300、600、800 s/mm2共11個(gè)b值。

1.3 治療方案

放療：放療均采用三維調(diào)強(qiáng)適形放療，放療靶區(qū)經(jīng)體格檢查、影像學(xué)檢查確定。腫瘤部位及侵犯范圍被定義為腫瘤靶區(qū)（gross tumor volume, GTV），包括咽后轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)（GTVrpn）、頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)（GTVnd）、鼻咽癌大體腫瘤體積（GTVnx）。放療的總持續(xù)時(shí)間為43～54 天，總劑量為68.2～72.6 Gy，分31～33次計(jì)劃給量；1次/天，5天/周。

化療：同步化療采用藥物為單藥順鉑或奈達(dá)鉑。誘導(dǎo)化療采用以鉑類藥物（奈達(dá)鉑/順鉑）為基礎(chǔ)并聯(lián)合其他化療藥物的化療方案（吉西他濱、紫杉醇、多西他賽、氟尿嘧啶）。每3 周1 次進(jìn)行誘導(dǎo)化療及同步化療。

其他治療：部分患者于放療期間每周使用一次尼妥珠單抗。

1.4 療效評(píng)價(jià)

采用腫瘤消退率（tumor response, TR）評(píng)估鼻咽癌治療療效，依據(jù)實(shí)體腫瘤的治療反應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（respond evaluation criteriain solid tumors,RECIST）1.1版，TR被定義為治療前腫瘤最大徑與放療結(jié)束后6個(gè)月MRI隨訪圖像上腫瘤最大徑之差占治療前腫瘤最大徑的百分比，由影像科醫(yī)師在鼻咽癌患者治療前及治療后6 個(gè)月鼻咽部軸位T1 增強(qiáng)、質(zhì)子加權(quán)掃描圖像上評(píng)估。在不同序列圖像的腫瘤最大層面上勾畫最大徑線，分別計(jì)算并最終取TR 的平均值。患者分組亦參照RECIST 1.1 標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)隨訪TR情況將患者分為4 類：完全緩解（complete relief,CR），指TR=100%；疾病進(jìn)展（progression disease,PD），指病灶較治療前增加20%；部分緩解（partial relief, PR），指TR≥30%；疾病穩(wěn)定（stable disease,SD），指病灶緩解情況不符合PR/PD。最終將患者PR、PD 和SD 患者分為非完全緩解組（非CR 組）以及完全緩解組（CR組）。

1.5 數(shù)據(jù)處理及圖像特征提取方法

根據(jù)雙指數(shù)模型，使用MATLAB 軟件（version R2021b）采用分兩步擬合的方式，計(jì)算出患者IVIM-DWI 圖 像 真 實(shí) 擴(kuò) 散 系 數(shù)（true diffusion coefficient, D）、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)（perfusion related diffusion coefficient, D*）和灌注分?jǐn)?shù)（perfusion fraction, f）的定量參數(shù)圖像[13]。由兩名有2 年MRI 診斷經(jīng)驗(yàn)的住院醫(yī)師采用雙盲法并使用ITK-SNAP（version 3.8）軟件，參照常規(guī)MRI 平掃及增強(qiáng)掃描圖像，在IVIM-DWI的S0圖像上沿腫瘤邊緣手動(dòng)逐次勾畫感興趣區(qū)（region of interest, ROI），包括整個(gè)鼻咽癌原發(fā)腫瘤病灶區(qū)域及腫瘤壞死區(qū)，盡量避開鄰近偽影、骨質(zhì)、軟組織和空氣，通過3D slicer軟件分別提取出ROI區(qū)域相應(yīng)的D、D*、f值參數(shù)圖像中的特征以及這些參數(shù)圖經(jīng)過高斯-拉普拉斯濾波后圖像中的特征。提取的特征包括一階特征、灰度依賴矩陣（gray level dependence matrix, GLDM）、灰度大小區(qū)域矩陣（gray level size zonematrix, GLSZM）、灰度 共 生 矩 陣（gray level co-occurrence matrix,GLCM）、相鄰灰度色調(diào)差異矩陣、灰度游程長度矩陣（gray level run length matrix, GLRLM），腫瘤原發(fā)灶的三維大小和形狀等形態(tài)學(xué)特征，共7大類。提取的特征觀察者間一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient, ICC）來評(píng)估，ICC值高于0.75的特征用于后續(xù)分析。

采用最小絕對收縮和選擇算子（least absolute shrinkage and selection operator, LASSO）回歸去除冗余及不相關(guān)特征，篩選出最佳的特征，并基于篩選出的特征使用logistic regression 方法建立影像組學(xué)預(yù)測模型，ROC 曲線及曲線下面積（area under the curve, AUC）被用來評(píng)價(jià)預(yù)測模型性能。為了驗(yàn)證模型結(jié)果并非過擬合得到，采用10 次十折交叉驗(yàn)證對模型進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，計(jì)算10 次重復(fù)驗(yàn)證的平均敏感度及特異度。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

全部的人口學(xué)和臨床資料采用IBM SPSS（windows 22.0）統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，非正態(tài)性數(shù)據(jù)使用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)及卡方檢驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，正態(tài)性數(shù)據(jù)使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析，數(shù)據(jù)分布的正態(tài)性使用Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)評(píng)估，采用DeLong檢驗(yàn)來比較各參數(shù)模型的預(yù)測效能，P＜0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 人口學(xué)及臨床資料

共收集99 例鼻咽癌患者，排除無隨訪資料患者12 例，MRI 圖像偽影過大患者7 例，最終納入80 例患者，根據(jù)上述療效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在放療完成后6 個(gè)月左右評(píng)估治療療效，將62 例患者歸入CR 組，18 例歸入非CR 組，圖1、2 顯示了具有代表性的非CR 組及CR 組的鼻咽癌患者IVIM-DWI 圖像，IVIM-DWI 原始圖S0顯示，治療前兩組患者鼻咽癌病灶均呈高信號(hào)，在D、D*、f參數(shù)偽彩圖上均以藍(lán)色為主，CR組鼻咽癌病灶的D、f 值偽彩圖顏色較非CR 組更深，D*值偽彩圖的綠色部分CR組較非CR組豐富。

圖1 男，33 歲，非CR 鼻咽癌患者。1A～1C 分別為D 值、D*值、f 值參數(shù)偽 彩圖；1D 為PD 序列；1E 為IVIM S0 圖 像；1F 為IVIM S0 圖 像 上 病 灶ROI 勾畫示意圖。IVIM 原始圖S0顯示治療前非CR 鼻咽癌病灶以高信號(hào)為主，累及左側(cè)咽旁間隙、左側(cè)腭帆張?zhí)峒?，邊界不清；f 參數(shù)值偽彩圖上病灶呈藍(lán)綠信號(hào)混雜，以藍(lán)色為主；病灶在D 參數(shù)值偽彩圖上為淡藍(lán)色；D*值偽彩圖上腫塊呈藍(lán)、綠、紅混雜色，以深藍(lán)色為主。CR：完全緩解；D：真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)；D*：灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；PD：疾病進(jìn)展；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；ROI：感興趣區(qū)。Fig.1 The text describes an image set of a 33-year-old male patient with non-CR nasopharyngeal carcinoma.1A-1C: Pseudo-color maps of D value,D* value, and f value parameters respectively.1D: A PD sequence image.1E: An IVIM S0 image showing the pre-treatment non-CR lesion with predominantly high signal intensity, involving the left parapharyngeal space and left levator veli palatini muscle, with indistinct borders.1F: An ROI on the IVIM S0 image showing the lesion, which appears as a mixture of blue and green signals on the pseudo-color map of f value parameter,with blue being the dominant color.The lesion appears as light blue on the pseudo-color map of D value parameter, and a mixture of deep blue, green, and red on the pseudo-color map of D* value parameter, with deep blue being the dominant color.CR: complete remission; D: true diffusion coefficient; D*: perfusion related diffusion coefficient; f: perfusion fraction; PD: progression disease; IVIM: intravoxel incoherent motion; ROI: region of interest.

圖2 男，30 歲，CR 鼻 咽 癌 患 者。2A～2C 分別為D 值、D*值、f 值參數(shù)偽彩圖；2D 為PD 序列；2E 為IVIM S0 圖 像；2F 為IVIM S0 圖 像 上 病 灶ROI 勾畫示意圖。放化療前CR 組鼻咽癌病灶I(lǐng)VIM 原始圖S0在邊緣以高信號(hào)為主，信號(hào)強(qiáng)度在中央逐漸減低，病灶向前累及左側(cè)后鼻孔區(qū)；f 參數(shù)值偽彩圖上病灶呈深藍(lán)色、綠色混雜，以深藍(lán)色為主；D參數(shù)值偽彩圖上病灶為深藍(lán)色；D*參數(shù)值偽彩圖上腫塊呈藍(lán)、綠、紅混雜色，以深藍(lán)色為主。CR：完全緩解；D：真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)；D*：灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；PD：疾病進(jìn)展；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；ROI：感興趣區(qū)。Fig.2 The text describes an image set of a 30-year-old male patient with CR nasopharyngeal carcinoma.2A-2C:Pseudo-color maps of D value, D*value, and f value parameters respectively.2D: A PD sequence image.2E: An IVIM S0 image showing the pre-radiotherapy CR lesion with predominantly high signal intensity at the edges, decreasing in intensity towards the center, and involving the left posterior nasal cavity.2F: An ROI on the IVIM S0 image showing the lesion, which appears as a mixture of deep blue and green signals on the pseudo-color map of f value parameter, with deep blue being the dominant color.The lesion appears as deep blue on the pseudo-color map of D value parameter, and a mixture of blue,green, and red on the pseudo-color map of D* value parameter, with deep blue being the dominant color.CR: complete remission; D: true diffusion coefficient; D*:perfusion related diffusion coefficient; f: perfusion fraction; PD: progression disease; IVIM: intravoxel incoherent motion; ROI: region of interest.

表1顯示了患者的一般人口學(xué)資料及臨床資料。非CR 組患者的T 分期、M 分期、臨床分期及年齡較CR組高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 鼻咽癌患者人口學(xué)資料及臨床資料Tab.1 Demographic and clinical data of patients with nasopharyngeal carcinoma

2.2 影像組學(xué)特征提取及篩選

按照上述方法、步驟及軟件進(jìn)行影像組學(xué)特征提取及篩選（圖3）。共計(jì)851個(gè)影像組學(xué)特征被提取，其中一階特征為162個(gè)、灰度依賴矩陣為126個(gè)、灰度大小區(qū)域矩陣為144個(gè)、灰度共生矩陣為216個(gè)、相鄰灰度色調(diào)差異矩陣為45個(gè)、灰度游程長度矩陣為144個(gè)，腫瘤原發(fā)灶的三維大小和形狀等形態(tài)學(xué)特征為14個(gè)。去除了ICC值＜0.75的187個(gè)特征，共664個(gè)特征進(jìn)入后續(xù)分析。采用LASSO篩選方法最終篩選出2個(gè)D值特征；1個(gè)D*值特征；2個(gè)f值特征（圖4）。

圖3 影像組學(xué)分析流程圖。IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；ROI：感興趣區(qū)；LASSO：最小收縮算子算法；LR：邏輯回歸。Fig.3 Flow chart of imaging radiomics analysis.IVIM: intravoxel incoherent motion; ROI: region of interest.LR: logistic regression.LASSO: least absolute shrinkage and selection operator algorithm.

圖4 鼻咽癌患者CR組及非CR組IVIM 定量參數(shù)影像組學(xué)特征。CR：完全緩解；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)。Fig.4 Imaging radiomics features of IVIM quantitative parameters in nasopharyngeal carcinoma patients with CR and non-CR groups.CR: complete remission; IVIM: intravoxel incoherent motion.

2.3 影像組學(xué)模型建立及驗(yàn)證

上述所選出的特征被使用于預(yù)測模型的建立，10 次十折交叉驗(yàn)證方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證，使用ROC 曲線對模型預(yù)測性能進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果D 值模型的敏感度為60.0%，特異度為79.6%，AUC 值為0.734；f 值模型的敏感度為66.1%，特異度為76.3%，AUC 值為0.747；D*值模型的敏感度為76.1%，特異度為75.9%，AUC 值為0.726；聯(lián)合以上3 種參數(shù)共5 個(gè)影像組學(xué)特征，最終構(gòu)建的IVIM 影像組學(xué)聯(lián)合參數(shù)模型的敏感度為81.7%，特異度為80.6%，AUC 值為0.827（表2）校準(zhǔn)曲線顯示D、D*、f 值三種模型的預(yù)測值接近45 度標(biāo)準(zhǔn)線的趨勢類似，表明這三類模型的一致性相似，而IVIM 聯(lián)合模型的預(yù)測值接近45 度標(biāo)準(zhǔn)線的趨勢最明顯（圖5）。臨床決策曲線分析還表明4 種模型具有良好的臨床效益，而IVIM 聯(lián)合模型的臨床效益最高（圖6）。

表2 鼻咽癌患者IVIM定量參數(shù)特征模型的預(yù)測性能Tab.2 Predictive performance of quantitative parameter models of IVIM in nasopharyngeal carcinoma patients

圖5 D、D*、f及IVIM聯(lián)合參數(shù)模型校正曲線。5A、5B、5C、5D圖分別為D、D*、f及IVIM聯(lián)合參數(shù)模型的校正曲線，平均絕對誤差分別為0.042、0.042、0.043、0.039，表明各模型的擬合優(yōu)度佳。D：真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)；D*：灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)。Fig.5 D, D*, f, and IVIM joint parameter model correction curves.5A, 5B, 5C, 5D show the calibration curves of the D value, D* value, f value, and IVIM combined parameter models, with mean absolute errors of 0.042, 0.042, 0.043, and 0.039, respectively, indicating good fitting performances of each model.D: true diffusion coefficient; D*: perfusion related diffusion coefficient; f: perfusion fraction; IVIM: intravoxel incoherent motion.

圖6 D、D*、f及IVIM聯(lián)合參數(shù)模型臨床決策分析曲線圖。LR_D、LR_f、LR_D*、LR_IVIM分別表示4種影像組學(xué)模型。LR：邏輯回歸；D：真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)；D*：灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)。Fig.6 The clinical decision analysis curves for the D value, D* value, f value, and IVIM combined parameters model.LR_D, LR_f, LR_D*, and LR_IVIM represent four radiomics models.LR: logistic regression; D: true diffusion coefficient; D*: perfusion related diffusion coefficient; f:perfusion fraction; IVIM: intravoxel incoherent motion.

DeLong檢驗(yàn)顯示IVIM聯(lián)合參數(shù)模型的預(yù)測效能較D 值模型、D*值模型、f 值模型高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而D 值、D*值、f 值模型相互之間的預(yù)測效能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。IVIM 聯(lián)合參數(shù)模型的計(jì)算公式見式（1）。

表3 鼻咽癌患者IVIM定量參數(shù)特征模型的預(yù)測性能統(tǒng)計(jì)學(xué)對比Tab.3 Comparative statistical analysis of predictive performance for quantitative parameter models of IVIM in nasopharyngeal carcinoma patients

結(jié)果表明，基于IVIM-DWI 定量參數(shù)D、D*、f 值及聯(lián)合三種參數(shù)影像學(xué)特征構(gòu)建的logistic回歸模型在預(yù)測鼻咽癌患者的短期治療療效上具有良好的預(yù)測效能，而聯(lián)合三種參數(shù)影像學(xué)特征構(gòu)建的logistic回歸模型的預(yù)測效能最高（圖7）。

圖7 D、D*、f 及IVIM 聯(lián)合參數(shù)模型ROC 曲線，用于預(yù)測治療反應(yīng)，其中IVIM 聯(lián)合參數(shù)模型曲線下面積最大，為0.827。LR_D、LR_f、LR_D*、LR_IVIM 分別表示4 種影像組學(xué)模型。LR：邏輯回歸；D：真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)；D*：灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)。Fig.7 The ROC curves of the D value, D* value, f value, and IVIM combined parameter models for predicting treatment response, with the IVIM combined parameter model having the largest area under the curve of 0.827.LR_D, LR_f, LR_D*, and LR_IVIM represent four radiomics models.LR:logistic regression; D: true diffusion coefficient; D*: perfusion related diffusion coefficient; f: perfusion fraction; IVIM: intravoxel incoherent motion.

3 討論

本研究基于鼻咽癌患者fMRI IVIM-DWI 的定量參數(shù)圖像，提取影像組學(xué)特征并采用logistic 回歸構(gòu)建預(yù)測模型，用于預(yù)測鼻咽癌短期治療療效，使用ROC 曲線對模型進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示各定量參數(shù)（D、D*、f）預(yù)測模型具有較好的預(yù)測效能，而IVIM-DWI 聯(lián)合參數(shù)的模型的預(yù)測效能高于單一參數(shù)模型。

3.1 影像組學(xué)分析預(yù)測鼻咽癌療效的價(jià)值

影像組學(xué)作為一種重要的分析方法，可以深入表征腫瘤的異質(zhì)性，反映腫瘤的細(xì)胞微環(huán)境、增殖、血管生成、缺氧和壞死[17]，這些因素與較差的治療反應(yīng)和腫瘤預(yù)后不良明顯相關(guān)[18-19]。因此，基于MRI 的放射組學(xué)方法可能有助于通過表征腫瘤異質(zhì)性來預(yù)測腫瘤治療反應(yīng)[20-21]。本研究結(jié)果表明，LASSO 選擇的用于模型構(gòu)建的放射組學(xué)特征均為紋理特征，紋理特征在預(yù)測鼻咽癌患者的治療反應(yīng)方面優(yōu)于一階特征或體積/形狀特征，與既往研究一致[11]。

BORDRON 等[22]使用影像組學(xué)模型預(yù)測直腸癌放化療療效時(shí)，聯(lián)合多參數(shù)模型的預(yù)測效能高于單一參數(shù)模型，與本研究類似，表明多參數(shù)模型較單參數(shù)模型更能全面反映腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性。WANG 等[23]基于常規(guī)T1 增強(qiáng)建立的影像組學(xué)預(yù)測模型效能AUC 達(dá)0.852（95%置信區(qū)間：0.847～0.857），稍高于本研究模型效能，這可能是因?yàn)閒MRI IVIM-DWI 分辨率低，在鼻咽部病灶顯示效果差，且受顱底磁敏感偽影、吞咽運(yùn)動(dòng)干擾較常規(guī)MRI 明顯。而IVIM-DWI 能提供腫瘤組織灌注信息，更全面地反映腫瘤異質(zhì)性，優(yōu)勢于常規(guī)MRI。效能更佳、更具有穩(wěn)定性的預(yù)測模型有望通過將常規(guī)MRI及功能MRI圖像融合分析獲得。

3.2 IVIM-MRI預(yù)測鼻咽癌療效的價(jià)值

根據(jù)IVIM-DWI 理論，D 值屬于擴(kuò)散相關(guān)系數(shù)，反映組織內(nèi)水分子的純擴(kuò)散，與細(xì)胞密度呈反相關(guān)，與組織內(nèi)的細(xì)胞壞死、囊變呈正相關(guān)。壞死區(qū)域常伴有缺氧和組織酸中毒，這可引起腫瘤對放化療的抵抗。既往研究表明，D 值高的腫瘤短期預(yù)后較差[10-11,24-25]，而治療前低D 值表明對放化療敏感[10,25]，表明擴(kuò)散相關(guān)系數(shù)D 值是預(yù)測鼻咽癌預(yù)后的生物標(biāo)記物，與本研究結(jié)果類似。

D*值及f 值作為灌注相關(guān)系數(shù)，反映鼻咽癌組織內(nèi)部血液灌注狀態(tài)，腫瘤內(nèi)毛細(xì)血管網(wǎng)分布與腫瘤灌注參數(shù)正相關(guān)。既往研究表明，分級(jí)較高的腫瘤灌注參數(shù)高于低級(jí)別腫瘤[26-28]，而腫瘤灌注參數(shù)的增加與腫瘤分級(jí)[29]和不良預(yù)后[30-31]密切相關(guān)，這可能是由于越高，腫瘤實(shí)體的級(jí)別越高，瘤體內(nèi)毛細(xì)血管網(wǎng)越豐富，從而易腫瘤早期轉(zhuǎn)移引起不良預(yù)后。而在鼻咽癌的研究中，采用常規(guī)方法分析IVIM-DWI 灌注相關(guān)系數(shù)時(shí)，部分研究的結(jié)論相悖。鼻咽癌相關(guān)的既往研究[32-34]表明，D*值及f 值高的患者預(yù)后及療效更佳；而QAMAR 等[14]的研究顯示f 值與鼻咽癌患者的短期及長期預(yù)后均不相關(guān)，而較低的D*值與較差的預(yù)后相關(guān)。因此IVIM-DWI灌注相關(guān)系數(shù)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性較差。而影像組學(xué)分析方法在研究IVIM-MRI灌注系數(shù)時(shí)可以改善預(yù)測穩(wěn)定性，在ZHANG 等[35]的研究中，使用灌注系數(shù)D*值及f 值構(gòu)建的影像組學(xué)模型在預(yù)測局部晚期宮頸癌療效中具有良好及穩(wěn)定的預(yù)測效能，與本研究結(jié)果類似。

3.3 局限性

本研究尚存在一些不足：首先，本研究所選擇樣本集中TNM分期和放化療治療的多樣性未被考慮，這可能會(huì)影響結(jié)果，因此有必要對更大的患者群體進(jìn)行進(jìn)一步研究，預(yù)測按TNM分期或治療方案分層的不同患者隊(duì)列的治療反應(yīng)；其次，本研究使用單個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，這可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的誤差，若能引進(jìn)多個(gè)數(shù)據(jù)集或多中心數(shù)據(jù)進(jìn)行外部驗(yàn)證，可能會(huì)進(jìn)一步提高模型的穩(wěn)定性；第三，本研究僅基于患者的IVIM-DWI影像組學(xué)特征構(gòu)建預(yù)測模型，未引入臨床特征分析。對于這些問題還需要增加臨床變量、結(jié)合影像基因組學(xué)及擴(kuò)大樣本量等方法進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，基于IVIM-DWI 定量參數(shù)的影像組學(xué)模型可用于預(yù)測鼻咽癌的短期療效，聯(lián)合IVIM 參數(shù)模型的預(yù)測性能較單一參數(shù)模型的預(yù)測效能更高，可以為患者個(gè)體化診療提供幫助，指導(dǎo)患者的治療方案選擇。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：陳峰負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)本研究的方案，對稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；戴干棉起草和撰寫稿件，獲取、分析本研究的數(shù)據(jù)；武文淵、傅麗莉、李天生、羊倩羽、郭義昊獲取、分析本研究的數(shù)據(jù)；黃薇園對稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；陳峰、黃薇園獲得了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。全體作者都同意發(fā)表后的修改稿，同意對本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。