多模態(tài)CT 成像結(jié)合影像組學(xué)技術(shù)助力胃癌精準(zhǔn)TNM 分期

摘要多模態(tài)CT檢查技術(shù)和影像組學(xué)等方法已在胃癌篩查、診斷與鑒別診斷、分期分級、療效評估、治療后再分期及隨訪監(jiān)測等方面顯示出較大的優(yōu)勢，為個性化精準(zhǔn)診療提供了關(guān)鍵信息和依據(jù)，是胃癌的一線影像學(xué)評估手段，與此同時，也面臨巨大挑戰(zhàn)。只有以患者為中心和以解決臨床問題為原則設(shè)計好不同成像模式下的CT檢查技術(shù)和影像組學(xué)研究方案，充分發(fā)揮不同成像模式檢查的優(yōu)勢，結(jié)合影像組學(xué)在臨床實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮的作用，才能真正實(shí)現(xiàn)源于臨床、用于臨床和高于臨床的目標(biāo)，真正推進(jìn)醫(yī)學(xué)影像人工智能的健康發(fā)展，更好地為患者服務(wù)。胃癌是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重威脅人類健康的常見腫瘤。根據(jù)國家癌癥中心發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，中國胃癌新發(fā)病例數(shù)和死亡數(shù)均居第三位，并呈逐年上升趨勢。近年來，不同成像模式下的CT檢查技術(shù)，包括常規(guī)CT成像、CT能量成像以及CT影像組學(xué)已廣泛應(yīng)用于胃癌篩查、診斷與鑒別診斷、分期分級、療效評估、治療后再分期及隨訪監(jiān)測，為個性化精準(zhǔn)診療提供了關(guān)鍵信息和依據(jù)，是胃癌的一線影像學(xué)評估手段。胃癌精準(zhǔn)TNM分期是制定個體化診療方案的重要依據(jù)，腫瘤是否侵犯鄰近結(jié)構(gòu)或器官，以及有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是精準(zhǔn)判斷臨床TNM（cTNM）分期的關(guān)鍵。常規(guī)CT檢查常難以得到準(zhǔn)確診斷，這直接影響cTNM分期的準(zhǔn)確性，成為亟待解決的臨床難題。本文中，重點(diǎn)評述CT成像和影像組學(xué)在胃癌TNM分期診療中的價值以及存在的問題和發(fā)展策略。一、提升胃癌T分期預(yù)測能力對于胃癌T分期的判斷，目前主要基于常規(guī)橫斷面CT增強(qiáng)、CT能量成像等技術(shù)?；诔Ｒ?guī)CT增強(qiáng)橫斷面圖像判斷胃癌浸潤深度，多是依據(jù)強(qiáng)化的腫瘤與低強(qiáng)化的正常胃壁間強(qiáng)化的差異，但存在容積效應(yīng)的干擾，且在小彎側(cè)及大彎側(cè)常不能顯示胃壁全層，難以準(zhǔn)確判斷T分期。文獻(xiàn)報道的胃癌T分期的準(zhǔn)確度差異較大，在20%~91%之間，可信度有待商榷。需要指出的是，T3期與T4a期胃癌的鑒別診斷一直是業(yè)界的難題，目前常以漿膜輪廓和胃周脂肪征象判斷，但精準(zhǔn)診斷困難較大。分析其原因是T3期胃癌的胃壁外緣往往存在小而不規(guī)則或呈索條狀的軟組織密度影，從胃壁凸向周圍脂肪間隙，常誤判為T4a期胃癌。判定癌腫侵犯鄰近器官，多以脂肪間隙消失或接觸面形態(tài)或密度的改變?yōu)槭芮终飨螅斐蛇^度診斷。如胃癌是否侵犯胰腺是臨床經(jīng)常遇到的難題，尤其是對于極度消瘦的患者，在缺乏完整脂肪層對照的前提下，難以做出準(zhǔn)確診斷，可根據(jù)唐磊總結(jié)的輔助參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。能譜CT最佳單能量圖像診斷胃癌術(shù)前T分期的準(zhǔn)確性尚未達(dá)成一致意見。能譜CT聯(lián)合多平面重組（multiplanarreformation，MPR）圖像術(shù)前診斷T1期胃癌的準(zhǔn)確度高于單純橫斷面圖像；盡管T2期胃癌胃壁呈局灶性增厚，但清晰的邊界以及周圍脂肪間隙，有助于與T3期胃癌相鑒別；最佳單能量橫斷面聯(lián)合矢狀面圖像和MPR圖像對T3期胃癌具有較高的診斷效能。與混合能量圖像相比，能譜CT最佳單能量圖像有助于提高胃癌術(shù)前T分期的準(zhǔn)確度。但也有研究指出，能譜CT最佳單能量圖像與混合能量圖像診斷T1~T4期胃癌的準(zhǔn)確度無差異。目前，能譜CT對于早期胃癌診斷準(zhǔn)確度的研究較少。但有研究能譜CT最佳單能量成像技術(shù)可提高早期胃癌圖像的對比噪聲比，改善圖像質(zhì)量，有助于早期胃癌的清晰顯示，可用于早期胃癌的檢測。正常胃壁與早期胃癌的碘濃度和標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度差異有統(tǒng)計學(xué)意義，能譜CT作為一種定量分析方法可用于鑒別胃癌前病變與早期胃癌。常規(guī)CT評估胃癌T分期的不確定性經(jīng)常發(fā)生，CT影像組學(xué)已被證明可用于胃癌T分期的評估。文獻(xiàn)報道，CT影像組學(xué)可用于鑒別T2期和T3/4期胃癌。該研究回顧性納入了244例胃癌患者，分為訓(xùn)練集（171例）和驗(yàn)證集（73例），采用專用的后處理軟件用于CT圖像的分割和特征提取，以隨機(jī)森林方法構(gòu)建分類器模型，結(jié)果顯示基于動脈期的影像組學(xué)模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集中的曲線下面積（areaunderthecurve，AUC）分別為0.899和0.825；基于門靜脈期的影像組學(xué)模型在訓(xùn)練集和驗(yàn)證集中的AUC分別為0.843和0.818。Sun等開發(fā)和驗(yàn)證了用于評估胃癌漿膜浸潤的深度學(xué)習(xí)影像組學(xué)模型，結(jié)果顯示使用支持向量機(jī)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的影像組學(xué)模型能夠較好地區(qū)分T4a期胃癌，AUC分別為0.76~0.78和0.79~0.84，列線圖的AUC為0.87~0.90。二、進(jìn)一步提高胃癌N分期的診斷效能胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評估是腫瘤分期和選擇手術(shù)方案的重要依據(jù)。N0期胃癌患者的5年生存率超過86.1%，但N1~N3期分別下降至58.1%、23.3%和5.9%。基于此，如何準(zhǔn)確診斷轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)一直是研究的熱點(diǎn)。常規(guī)CT診斷胃癌N分期的準(zhǔn)確度為86.3%，診斷轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的準(zhǔn)確度為79.1%~98.9%。盡管CT診斷轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)可依據(jù)淋巴結(jié)的部位、數(shù)目、大小、形狀、強(qiáng)化程度等，一般認(rèn)為蠶食狀、中心相對低密度、相互融合并壓迫鄰近血管等特征，多提示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。但到目前為止，CT對于轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)尚缺乏統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)文獻(xiàn)報道，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為胃周淋巴結(jié)的短徑≥6mm或胃外淋巴結(jié)的短徑≥8mm時，CT診斷轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的準(zhǔn)確度為71.1%~81.4%，此外，短徑<5mm的淋巴結(jié)亦可能為轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。能譜CT提供的碘濃度、能譜曲線、最佳單能量圖像等已用于淋巴結(jié)性質(zhì)的判斷，結(jié)合形態(tài)學(xué)特征，進(jìn)一步提高了胃癌N分期的準(zhǔn)確性。能譜CT圖像上胃癌患者淋巴結(jié)短長徑比、動靜脈期碘基值、動靜脈期CT值是主要參數(shù)，其中淋巴結(jié)短長徑比和動脈期碘基值的診斷效能較高，兩者聯(lián)合可顯著提高轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的診斷靈敏度至95.2%、特異度至76.9%。此外，有學(xué)者研究指出，能譜CT不同期相參數(shù)診斷胃癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的效能存在差異，動脈期碘濃度對N分期的診斷效能較高。人工智能在診斷胃癌淋巴結(jié)狀態(tài)領(lǐng)域已顯示出較大的優(yōu)越性，可進(jìn)一步提高N分期的準(zhǔn)確性。一項(xiàng)基于247例胃癌患者的研究結(jié)果顯示，依據(jù)術(shù)前動脈期CT圖像的影像組學(xué)特征和臨床特征構(gòu)建的列線圖模型在預(yù)測胃癌N分期表現(xiàn)了良好的診斷效能，AUC達(dá)到0.844，為臨床治療方案的選擇和預(yù)測預(yù)后提供了重要的參考依據(jù)。基于CT影像組學(xué)模型可以有效預(yù)測胃癌淋巴結(jié)狀態(tài)，尤其是對于T2期、彌漫型和中/高分化胃癌患者，AUC為0.9319?；赥1~T2期胃癌患者第3組淋巴結(jié)的CT影像組學(xué)列線圖結(jié)果顯示，影像組學(xué)特征可以術(shù)前預(yù)測淋巴結(jié)狀態(tài)，訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的AUC值分別為0.915和0.908。三、提高預(yù)測腹膜轉(zhuǎn)移的能力胃癌可通過血行播散轉(zhuǎn)移至周圍及遠(yuǎn)處器官形成轉(zhuǎn)移灶。臨床上約50%的進(jìn)展期胃癌患者可出現(xiàn)腹膜轉(zhuǎn)移。但目前影像學(xué)檢查對胃癌腹膜轉(zhuǎn)移的檢出率仍較低，常規(guī)CT診斷的征象包括腹膜增厚或強(qiáng)化、腹腔積液等。而基于能譜CT成像評估胃癌腹膜轉(zhuǎn)移的臨床價值，檢索國內(nèi)外文獻(xiàn)相關(guān)報道甚少?；诖?，應(yīng)用能譜CT判定是否發(fā)生胃癌腹膜轉(zhuǎn)移可作為今后的研究方向。早期發(fā)現(xiàn)腹膜轉(zhuǎn)移對于治療方案的選擇和避免不必要的手術(shù)至關(guān)重要。然而，常規(guī)CT術(shù)前診斷腹膜轉(zhuǎn)移準(zhǔn)確度僅約50%。基于CT影像組學(xué)特征可以預(yù)測腹膜轉(zhuǎn)移，有助于預(yù)測胃癌患者術(shù)前腹膜狀態(tài)。Dong等回顧性分析了554例伴有隱匿性腹膜轉(zhuǎn)移的胃癌患者的CT和臨床資料，對胃癌和接近腫瘤中心的腹膜區(qū)域CT圖像進(jìn)行分割，利用影像組學(xué)特征以及臨床因素構(gòu)建的列線圖可較好地預(yù)測隱匿性腹膜轉(zhuǎn)移，其在訓(xùn)練集的AUC為0.958，1個內(nèi)部和2個外部驗(yàn)證集的AUC分別為0.941、0.928和0.920。一項(xiàng)包括2個中心的研究結(jié)果顯示，基于T4期胃癌患者CT的影像組學(xué)特征在預(yù)測胃癌腹膜轉(zhuǎn)移方面表現(xiàn)出良好的效能，AUC為0.745~0.802。此外，基于雙能量CT的影像組學(xué)在術(shù)前預(yù)測胃癌腹膜轉(zhuǎn)移方面顯示了較好的臨床應(yīng)用前景，為患者精準(zhǔn)治療方案制定提供依據(jù)。Chen等研究結(jié)果顯示基于術(shù)前雙能量CT的標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度和常規(guī)混合能量圖像特征的影像組學(xué)模型，預(yù)測胃癌腹膜轉(zhuǎn)移的能力優(yōu)于臨床模型和高年資放射科醫(yī)師的人工診斷結(jié)果。四、存在的問題及發(fā)展策略近年來，基于不同CT成像模式的胃癌TNM分期診斷效能已取得了極大的改善，但對淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評估效果還不理想。不同CT成像模式與影像組學(xué)技術(shù)結(jié)合使用，其分期的準(zhǔn)確度顯著提高。但是，目前CT影像組學(xué)在評估胃癌TNM分期方面的應(yīng)用研究結(jié)