基于增強MRI影像組學(xué)的ICIs聯(lián)合抗血管生成治療肝癌療效預(yù)測模型構(gòu)建及其應(yīng)用價值＊

李瑞峰 郭秋峰 袁 明

河北省退役軍人總醫(yī)院影像科(河北 邢臺 054000)

肝細胞癌是最常見的癌癥之一，是癌癥致死的第三大原因[1-3]。由于肝癌的癥狀不易發(fā)現(xiàn)，治療選擇有限，超過80%的患者在診斷時無法治愈。因此，新的診斷和治療方案迫在眉睫[4]。肝臟的“先天免疫耐受”狀態(tài)是基于肝臟特殊的免疫抑制細胞群。因此，肝癌期間，“免疫逃逸”的腫瘤通過多種途徑來實現(xiàn)。程序性細胞死亡蛋白-1(PD-1)與程序性死亡配體-1(PD-L1)的結(jié)合負調(diào)控CD8+細胞活性，導(dǎo)致免疫抑制[5]。PD-1和PD-L1抗體通過緩解免疫抑制和克服效應(yīng)細胞功能衰竭在肝癌治療中發(fā)揮作用[6]。其他免疫檢查點抑制劑(ICIs)，在治療晚期肝癌中證明了療效和安全性。肝癌在血管生成中發(fā)生和在免疫逃逸中發(fā)展。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)還有免疫調(diào)節(jié)作用及促進腫瘤血管生成[8-9]。以往報道表明，當(dāng)與ICIs聯(lián)合使用抗VEGF治療時，免疫抑制在腫瘤及其微環(huán)境中VEGF介導(dǎo)的情況下得到減輕，抗腫瘤反應(yīng)在促進肝癌的血管正?；碌玫皆鰪奫10]。ICIs與不同的抗血管生成藥物聯(lián)合使用優(yōu)于單藥治療不可切除的肝癌[11]。增強磁共振成像(MRI)對肝癌的診斷效果良好。動態(tài)MRI的成像特征是肝癌特異性的(動脈期強烈的造影劑攝取，然后是靜脈期和/或延遲期的細胞外造影劑沖洗)，即使沒有組織學(xué)證實也可以做出診斷[12-13]。本研究分析基于增強的MRI影像組學(xué)對ICIs聯(lián)合抗血管生成抑制劑治療肝癌患者的臨床試驗結(jié)果，以確定所有ICIs和所有抗血管生成治療對肝癌患者是否有效，從而有助于個體患者的治療決策。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2021年5月至2022年5月于本院接受ICIs聯(lián)合抗血管生成治療的肝癌患者148例，均術(shù)前行MRI掃描診斷，以病理學(xué)診斷為“金標(biāo)準(zhǔn)”。

納入標(biāo)準(zhǔn)：均診斷為肝癌患者[14]；于本院首次接受ICIs聯(lián)合抗血管生成治療且術(shù)前行上腹動態(tài)增強MRI掃描；臨床資料完整者且自愿加入本次研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：患有嚴(yán)重的惡性腫瘤疾??；在此次研究之前接受過其他治療；妊娠及哺乳期婦女；患有嚴(yán)重的精神障礙及溝通障礙者。

1.2 方法

1.2.1 MRI檢查 采用1.5 T或3.0 T磁共振掃描儀，采用腹部線圈的8通道，在腹部外增加呼吸門控。提前告知患者禁食6h，呼吸均勻，在檢查床上取仰臥位，頭先進，掃查范圍包括膈頂至髂前上棘，一旦發(fā)現(xiàn)病變，可將0.2mL/kg釓噴酸葡胺經(jīng)靜脈注入，以2.5mL/s注入速度為宜，行三期增強掃描，包括動脈期(20-25s)、門脈期(65-70s)、延遲期(3min)，將所得圖像傳至工作站，并構(gòu)建三維圖像，對病變直徑、位置、形態(tài)等進行仔細觀察。

1.2.2 ICIs聯(lián)合抗血管生成治療方法 ICIs聯(lián)合抗血管生成治療方案：靜脈注射PD-1/PD-L1單抗和口服甲磺酸阿帕替尼?？诜谆撬岚⑴撂婺?50mg/天，連續(xù)21d，停藥7d，28天為一個治療周期。ICIs選擇國產(chǎn)PD-1/PD-L1單抗。PD-1/PD-L1單抗200mg，靜脈滴注，第一次60min，三周療程，之后每次至少30min。在輸注信迪利單抗后開始使用甲磺酸阿帕替尼。

1.2.3 影像組學(xué)分析 (1)腫瘤圖像的分割：將增強的MRI(動脈期、靜脈期和延遲期)圖像(圖1)導(dǎo)出為DICOM格式，加載到開源軟件3D切片器用于手動分割。放射科醫(yī)生A利用腫瘤橫截面積最大的圖像和兩幅相鄰圖像，人工分割腫瘤。為了優(yōu)化分割工作量，在我們的研究中，只有手動描繪動脈期圖像，靜脈期和延遲期圖像使用通用配準(zhǔn)進行標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 增強的MRI(動脈期、靜脈期和延遲期)圖像。

(2)影像組學(xué)特征及篩選：特征提取時使用高斯拉普拉斯和小波變換等濾波方法，圖像體素灰度之間空間排列關(guān)系可得到更多顯示，包括一階特征、形態(tài)特征和紋理特征共1235個。對所提取特征進行觀察者間一致性評估采用組間相關(guān)系數(shù)(ICC)，保留ICC＞0.75的具有良好穩(wěn)定性和一致性的1132個特征。

1.2.4 隨訪及療效診斷 通過定期住院、?？崎T診，電話及微信等方式隨訪，隨訪至2023年5月，隨訪內(nèi)容包括生存狀態(tài)、療效等情況。 療效評估分為以下四類[15]：完全應(yīng)答(CR)、部分應(yīng)答(PR)、疾病穩(wěn)定狀態(tài)(SD)和進展?fàn)顟B(tài)(PD)。本研究將完全應(yīng)答和部分應(yīng)答的患者都歸為有效，反之則被歸為無效。

1.3 觀察指標(biāo)(1)患者臨床基線包括：年齡、性別、高血壓、糖尿病、肝硬化和抗病毒治療；(2)實驗室相關(guān)檢驗包括：甲胎蛋白(AFP)、總膽紅素(TΒ)、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)、γ-谷氨?；D(zhuǎn)移酶(GGT)、白蛋白(ALΒ)、堿性磷酸酶(ALP)血小板(PLT)、凝血酶原時間(PT)、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、白蛋白-膽紅素評分(ALΒI)、Child-Pugh評分和ΒCLC Β期的亞分類(Β1-Β4)；(3)影像學(xué)特征包括：腫瘤數(shù)量，腫瘤的大小、位置分布和動脈期的強化情況等；(4)治療療效。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析統(tǒng)計學(xué)分析使用SPSS 22.0軟件進行。正態(tài)分布的連續(xù)變量用均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，采用t檢驗比較組間差異用例數(shù)和頻率描述計數(shù)資料，應(yīng)用χ2檢驗對組間差異進行比較。預(yù)測肝癌治療后療效的影像組學(xué)模型通過邏輯回歸構(gòu)建，以5折交叉驗證選擇最優(yōu)模型?；谧约訖?quán)系數(shù)，計算每個患者的Radscore。采用Βootstrap法對列線圖采取驗證，通過ROC曲線評價模型的區(qū)分度，模型的準(zhǔn)確性通過校準(zhǔn)曲線評價，模型的有效性通過決策曲線，檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 兩組人口統(tǒng)計學(xué)及臨床特征的比較兩集在人口統(tǒng)計學(xué)及臨床特征沒有明顯的差異(均P>0.05)，其中訓(xùn)練集治療有效57例，無效54例，見表1。

2.2 兩組MRI影像組學(xué)特征比較兩集在影像學(xué)特征上沒有明顯的差異(均P>0.05)，詳見表2。

表2 訓(xùn)練集和驗證集的影像組學(xué)特征比較

表3 構(gòu)建影像組學(xué)模型的多元Logistic回歸分析

2.3 建立影像組學(xué)模型

2.3.1 影像組學(xué)的一致性分析 特征提取基于醫(yī)生A兩次測量的組內(nèi)ICC值=0.813～0.952及醫(yī)生A和醫(yī)生Β第一次測量的組間ICC值=0.814～0.965，在組內(nèi)和組間獲得有較高的一致性。

2.3.2 特征篩選和影像學(xué)模型的構(gòu)建 基于增強MRI圖像提取的1132個影像組學(xué)特征，通過LASSO回歸后，通過5折交叉驗證確定LASSO回歸中的最佳λ取值，最終選出5個關(guān)鍵影像組學(xué)特征，分別為A_GLCMEntropy_angle45_offset7、V_GLCMEnergy_angle45_offset7、D_InverseDifferenceMoment_angle135_offset1、D_GreyLevelNonuniformity_AllDirection_offset1_SD、D_GreyLevelNonuniformity_angle90_offset1(見圖2)。

圖2 影像組學(xué)型特征篩選。

2.3.3 影像組學(xué)評分模型 基于訓(xùn)練集數(shù)據(jù)，通過Βoruta篩選出的5個特征納入多因素Logistic回歸分析構(gòu)建影像組學(xué)模型，并得出影像組學(xué)評分Rad-score=-0.265+0.485×A_GLCMEntropy_angle45_offset7-0.495×V_GLCMEnerg y_angle45_offset7+0.956×D_InverseDifferenceMoment_angle135_offset1-0.867×D_GreyLevelNonuniformity_AllDirection_offset1_SD-1.128×D_GreyLevelNonuniformity_angle90_offset1。

2.4 建立臨床-影像組學(xué)聯(lián)合預(yù)測模型及列線圖預(yù)測模型多因素結(jié)果表明ALP＜125.98U/L、ΒCLCΒ2期、腫瘤位置(肝右葉)、腫瘤大小≥3.19cm、動脈期強化(部分強化)均是肝癌患者療效不良的獨立危險因素(表4)。用R4.12軟件，基于多因素Logistic回歸分析中影響肝癌患者療效不良的獨立危險因素，預(yù)測概率為85.7%(圖3)。

表4 訓(xùn)練集中的臨床特征及影像組學(xué)特征預(yù)測肝癌患者治療療效的單因素和多因素Logistic回歸分析

圖3 臨床-影像組學(xué)聯(lián)合預(yù)測模型列線圖。

2.5 模型的評價

2.5.1 ROC分析 訓(xùn)練集和驗證集的ROC分析臨床放射模型、影像組學(xué)模型及聯(lián)合模型預(yù)測肝癌患者療效的結(jié)果。見圖4。

圖4 訓(xùn)練集(4A)和驗證集(4B)的模型預(yù)測肝癌患者療效的ROC曲線。

2.5.2 模型評價 Hosmer-Lemeshow檢驗結(jié)果顯示臨床放射模型、影像組學(xué)模型及聯(lián)合模型的校準(zhǔn)曲線均擬合良好，見圖5。決策曲線顯示聯(lián)合模型預(yù)測肝癌患者治療療效中獲得更高的凈收益，見圖6。

圖5A-圖5C 訓(xùn)練集和驗證集的校準(zhǔn)曲線；圖5A 臨床放射模型；圖5B 影像組學(xué) 模型；圖5C 聯(lián)合模型。

圖6A-圖6B 訓(xùn)練集(6A)和驗證集(6B)的模型預(yù)測肝癌患者療效的決策曲線。

3 討 論

原發(fā)性肝癌中肝細胞癌是最常見的，全球每年約有70萬人死亡[15-17]。主要治療方法是手術(shù)和肝移植。然而，目前約80%的肝癌患者在初診時已處于晚期，不符合前期手術(shù)指征。不可切除肝癌患者的預(yù)后很差[18]。全身治療可使一些晚期的原發(fā)性肝癌降低病程，并轉(zhuǎn)變?yōu)榭汕谐脑l(fā)性肝癌。新輔助治療也可以減輕腫瘤負擔(dān)，增加患者0切除的概率。成功切除腫瘤后，肝癌患者的生存率大大提高[19-20]。因此，通過綜合全身和局部治療，探索各種策略將原發(fā)性肝癌轉(zhuǎn)化為可切除的肝癌。近年來，人們提出了將免疫治療與抗血管分子靶向治療相結(jié)合的策略，通過縮小腫瘤體積來發(fā)展癌癥的根治性治療[21]。ICIs聯(lián)合抗血管生成治療已成為一種很有前景的癌癥治療方法。MRI檢查無輻射、軟組織分辨率高以及能多參數(shù)多方位成像，在肝癌腫瘤的診療中應(yīng)用廣泛應(yīng)用[22]。影像組學(xué)比肉眼發(fā)現(xiàn)更多的圖像特征，結(jié)合機器學(xué)習(xí)分類模型，可處理大量圖像特征并進行自動診斷，輔助臨床決策[23]。因此，本研究基于增強的MRI影像組學(xué)對ICIs聯(lián)合抗血管生成治療肝癌的療效進行探討，旨在為臨床提供良好參考價值。

本研究中，ALP＜125.98U/L、ΒCLCΒ2期、腫瘤位置(肝右葉)、腫瘤大小≥3.19cm、動脈期強化(部分強化)均是肝癌患者療效不良的獨立危險因素。(1)ALP＜125.98U/L：ALP產(chǎn)生于肝細胞和骨骼系統(tǒng)等部位。當(dāng)肝細胞受到損害時，會釋放ALP[24]。因此，肝癌患者的ALP值升高可能意味著肝臟功能受損，導(dǎo)致腫瘤治療效果不佳。(2)ΒCLC Β2期：ΒCLC分期是肝癌常用的分期系統(tǒng)之一，ΒCLC Β2期意味著肝癌已經(jīng)達到中晚期，腫瘤已擴散到肝臟的多個區(qū)域或者轉(zhuǎn)移到其他部位。這個時候，治療難度增大，肝癌患者的生存率通常較低[25]。(3)腫瘤位置(肝右葉)：肝右葉是肝臟的重要部位，如果肝癌恰好位于該區(qū)域，那么直接影響肝臟的功能和整個機體的代謝，導(dǎo)致肝癌治療效果不佳[26]。(4)腫瘤大小≥3.19cm：腫瘤的大小和肝癌的分期有關(guān)，大腫瘤通常意味著已經(jīng)進展到了晚期。此外，大腫瘤的局部治療效果可能受限，難以完全切除，導(dǎo)致肝癌長期控制不良[27]。(5)動脈期強化(部分強化)：動脈期是肝癌影像學(xué)檢查過程的一個階段，觀察到強化現(xiàn)象通常意味著良性腫瘤或者腫瘤的血供增加。但是，當(dāng)肝癌只部分動脈強化時，往往表明其血供不規(guī)則，且對動脈栓塞等局部治療效果不佳，預(yù)后不理想[28]。

本研究結(jié)果顯示，與臨床放射模型相比，影像組學(xué)模型的預(yù)測效能(訓(xùn)練集：AUC，0.863 vs。 0.773；驗證集：AUC，0.871 vs 0.770)更優(yōu)，且獲得更高的凈收益。影像組學(xué)模型相對于臨床放射模型，其訓(xùn)練集和驗證集的AUC得分明顯更高。這表明，在評估肝細胞癌治療效果時，影像組學(xué)模型比臨床放射模型更加準(zhǔn)確，能夠更好地預(yù)測患者的治療響應(yīng)。相對于傳統(tǒng)的一般放射學(xué)指標(biāo)，影像組學(xué)分析不僅能提供更全面的腫瘤形態(tài)信息，還能夠檢測到更微小的病灶和更細微的結(jié)構(gòu)變化，從而更準(zhǔn)確地評估肝癌患者的治療效果。這有助于提高醫(yī)生對患者的治療方案的制定和調(diào)整水平。本研究不足，樣本量較少，后續(xù)研究需積累更多樣本，從而進一步證實該方法的有效性。影像組學(xué)需提取高通量特征，后續(xù)研究中，本課題組會設(shè)計更多的量化特征，提高MRI的分類準(zhǔn)確率。

綜上所述，ALP＜125.98U/L、ΒCLCΒ2期、腫瘤位置(肝右葉)、腫瘤大小≥3.19cm、動脈期強化(部分強化)均是肝癌患者療效不良的獨立危險因素。影像組學(xué)模型準(zhǔn)確地預(yù)測ICIs聯(lián)合抗血管生成治療肝癌療效，為肝癌治療提供了可靠的應(yīng)用價值。這些發(fā)現(xiàn)對于肝癌患者的臨床治療和未來的研究具有重要的指導(dǎo)意義。