周文文，郭凌飛

（1.山東省濟(jì)南市濟(jì)陽(yáng)區(qū)人民醫(yī)院影像科，山東 濟(jì)南 251400；2.山東大學(xué)附屬山東省醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250021）

腎臟腫瘤是成人常見(jiàn)腫瘤之一，以惡性腫瘤多見(jiàn)，腎細(xì)胞癌是最常見(jiàn)的成人惡性腎臟腫瘤，約占90%［1］。近年來(lái)隨著醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)的飛速發(fā)展和推廣應(yīng)用，腎臟腫瘤的檢出率也在逐年上升。CT、MRI、超聲等影像學(xué)檢查是篩查、術(shù)前診斷腎臟腫瘤性質(zhì)常用的無(wú)創(chuàng)檢查方法，對(duì)疾病的后續(xù)治療有重要指導(dǎo)作用。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像診斷模式主要通過(guò)診斷醫(yī)師對(duì)病灶的影像表現(xiàn)進(jìn)行綜合分析后作出影像診斷，因此診斷的準(zhǔn)確率依賴(lài)于醫(yī)師的診斷水平；另外，由于部分腎臟腫瘤的影像學(xué)表現(xiàn)相似，故不易準(zhǔn)確診斷，如乏脂肪血管平滑肌脂肪瘤與部分腎癌因影像表現(xiàn)相似，其術(shù)前影像診斷易誤診。近幾年放射組學(xué)作為精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代的新興領(lǐng)域，在多種疾病的篩查、診斷和預(yù)后評(píng)估等多個(gè)方面的研究都有著飛速發(fā)展，其在腎臟腫瘤領(lǐng)域的多項(xiàng)研究［2-4］表明，其可很好地輔助影像診療系統(tǒng)，提高腎臟腫瘤的檢出率和準(zhǔn)確率，降低漏診率。放射組學(xué)的概念在2012年由LAMBIN 等［5］提出，研究者對(duì)醫(yī)學(xué)影像圖像進(jìn)行ROI 分割，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行大量放射組學(xué)特征的提取，篩選出對(duì)診斷某種疾病或鑒別相關(guān)疾病特異性較高的特征用于指導(dǎo)臨床工作。

目前，放射組學(xué)在診斷腎臟腫瘤類(lèi)型、病理分級(jí)、評(píng)估預(yù)后等多方面都有了一定成果，其在解決傳統(tǒng)影像學(xué)所面臨的難題上有巨大潛力。本文主要就放射組學(xué)在腎臟腫瘤領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及前景作一綜述。

1 放射組學(xué)的概念

放射組學(xué)通過(guò)特定技術(shù)處理圖像，分割病灶，運(yùn)用計(jì)算機(jī)算法高通量提取病灶的放射組學(xué)特征信息，特征參數(shù)可反映組織本身的異質(zhì)性，因此可區(qū)分不同組織之間的差別［6］。這些放射組學(xué)特征是人類(lèi)單靠肉眼無(wú)法看到的，且是客觀參數(shù)，不受主觀因素影響，它為非侵入性地量化病灶異質(zhì)性提供了機(jī)會(huì)。隨著治療過(guò)程中病灶生物學(xué)行為的改變，放射組學(xué)提取出的參數(shù)也會(huì)不同，這為放射組學(xué)參與疾病篩查、性質(zhì)診斷、治療效果評(píng)價(jià)乃至預(yù)測(cè)疾病發(fā)展方向等各個(gè)臨床環(huán)節(jié)提供了可能。

放射組學(xué)可分為圖像獲取、圖像分割、特征提取、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與共享、模型預(yù)測(cè)五步［7］。放射組學(xué)特征提取方法包括一階、二階和高階統(tǒng)計(jì)：一階統(tǒng)計(jì)量描述單個(gè)體素值的分布，不考慮體素之間的空間關(guān)系，這些通常是基于直方圖的統(tǒng)計(jì)方法，如圖像中體素強(qiáng)度的平均值、最大值、熵及偏度等。二階統(tǒng)計(jì)通常被描述為紋理特征，其描述了體素之間的相互關(guān)系，在放射組學(xué)中，紋理特征可很好地表達(dá)腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的度量。在實(shí)際應(yīng)用中，有數(shù)十種方法和多個(gè)變量可用于提取紋理特征，從而產(chǎn)生數(shù)百甚至上千個(gè)值。高階統(tǒng)計(jì)方法將濾波網(wǎng)格強(qiáng)加在圖像上以提取重復(fù)或非重復(fù)模式。紋理特征分析是目前常用的特征分析，基本方法分為結(jié)構(gòu)分析法、統(tǒng)計(jì)法、模型法、信號(hào)處理法（濾波法）4 種［8］，其中統(tǒng)計(jì)法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用最多，也是最早應(yīng)用的［9-11］，而目前使用最多的紋理分析統(tǒng)計(jì)方法是灰度共生矩陣［8］。

目前，放射組學(xué)研究在醫(yī)學(xué)多個(gè)領(lǐng)域都有涉及，其中涉及腫瘤疾病的研究應(yīng)用較多，如對(duì)肺癌［12］、乳腺癌［13］、腦腫瘤［14］、肝硬化［15］等多種疾病的 診斷、預(yù)后療效評(píng)估［16-17］等。放射組學(xué)與人工智能結(jié)合輔助影像診療系統(tǒng)是各大公司和學(xué)者的研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，目前已有不少醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用智能軟件輔助識(shí)別肺結(jié)節(jié)，極大提高了診斷醫(yī)師的工作效率。當(dāng)然，在非腫瘤疾病領(lǐng)域放射組學(xué)的研究也有很多，如CONNOR等［18］的研究證明通過(guò)對(duì)急性腦出血患者的血腫進(jìn)行形態(tài)和密度的定性和定量評(píng)分來(lái)預(yù)測(cè)血腫擴(kuò)大具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但這種方式具有主觀性，受觀察者的主觀意識(shí)影響結(jié)果可能會(huì)有不同，而紋理分析在該研究中被證實(shí)可較準(zhǔn)確評(píng)估腦出血異質(zhì)性，具有臨床價(jià)值。劉卓等［19］通過(guò)對(duì)阿爾茲海默病患者與健康對(duì)照者的海馬MRI 圖像進(jìn)行紋理參數(shù)提取并對(duì)比分析，證實(shí)阿爾茲海默病患者與健康人之間的和均值、能量等紋理參數(shù)有顯著差異，且能與形態(tài)學(xué)測(cè)量保持較好的一致性，因此紋理分析的應(yīng)用有助于阿爾茲海默病的早期診斷。

2 放射組學(xué)在腎臟腫瘤中的研究應(yīng)用

目前，紋理分析在腎臟腫瘤領(lǐng)域的研究涉及多方面，主要集中于腎臟腫瘤良惡性的鑒別、預(yù)測(cè)惡性腫瘤的病理分型、分級(jí)及腎臟腫瘤的預(yù)后評(píng)估等。

2.1 放射組學(xué)用于腎臟良惡性腫瘤的鑒別診斷 腎臟良惡性腫瘤的治療方式不同，若在早期通過(guò)影像學(xué)方法明確診斷、采取合理的治療方式，可避免過(guò)度診療或治療方式不合理導(dǎo)致預(yù)后不良等問(wèn)題，提高患者生活質(zhì)量。RAMAN 等［20］應(yīng)用紋理分析評(píng)估幾種腎臟腫瘤病灶內(nèi)部的病理異質(zhì)性并行分類(lèi)定量比對(duì)分析，證明了紋理分析用于鑒別腎透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌、嗜酸性細(xì)胞瘤和腎囊腫有較高的準(zhǔn)確率（分別為91%、100%、89%、100%）。腎血管平滑肌脂肪瘤是常見(jiàn)的腎良性腫瘤，典型的腎血管平滑肌脂肪瘤因含有肉眼可識(shí)別的脂肪成分，診斷醫(yī)師多可根據(jù)影像特征作出準(zhǔn)確診斷，但乏脂肪血管平滑肌脂肪瘤因缺乏肉眼可識(shí)別的脂肪成分且血供較豐富，極易被誤診為腎細(xì)胞癌進(jìn)而對(duì)其行部分或根治性腎切除手術(shù)。FENG 等［21］通過(guò)對(duì)17 例小型乏脂肪血管平滑肌脂肪瘤（≤4 cm）與41 例小腎細(xì)胞癌（≤4 cm）進(jìn)行CT 紋理分析，證明支持向量機(jī)遞歸特征消除（SVM-RFE）和合成少數(shù)過(guò)采樣技術(shù)（SMOTE）分類(lèi)器結(jié)合在區(qū)分2 種腫瘤方面具有較佳性能，基于機(jī)器學(xué)習(xí)法的CT 紋理特征分析有助于鑒別小型乏脂肪血管平滑肌脂肪瘤與小腎細(xì)胞癌，有望輔助醫(yī)師在術(shù)前準(zhǔn)確鑒別兩者，減小誤診率，提高患者生活質(zhì)量。腎嗜酸性細(xì)胞腺瘤和腎透明細(xì)胞癌的影像鑒別也是一大研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)，耿莉等［22］搜集這2種疾病的CT 增強(qiáng)掃描圖像，進(jìn)行了多個(gè)紋理特征的提取，統(tǒng)計(jì)分析2 組之間不同紋理參數(shù)的差異，證明兩者之間的部分紋理特征有顯著差異，其中標(biāo)準(zhǔn)差、能量及熵對(duì)兩者的鑒別有著尤為重要的價(jià)值。

2.2 放射組學(xué)術(shù)前預(yù)測(cè)腎臟惡性腫瘤的病理亞型不同病理類(lèi)型的腎臟惡性腫瘤有著不同的生物學(xué)行為，預(yù)后各有不同，術(shù)前預(yù)測(cè)腫瘤類(lèi)型也是放射組學(xué)分析研究的熱點(diǎn)之一。周智等［23］對(duì)腎透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌、嫌色細(xì)胞癌3 種腎癌的MRI 增強(qiáng)掃描圖像進(jìn)行了3D 紋理特征提取，利用基于MaZda 軟件的4 種不同的紋理分析方法，通過(guò)繪制ROC 曲線(xiàn)，得出不同方法對(duì)鑒別這3 種腫瘤的準(zhǔn)確率、敏感度和特異度等，證實(shí)基于MRI 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描3D 圖像提取的紋理特征對(duì)于鑒別3 種腫瘤具有較高效能。王繹忱等［24］通過(guò)MRI 壓脂T2WI 圖像中的全病灶紋理分析篩選出鑒別透明細(xì)胞癌、嫌色細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌意義較大的參數(shù)并比較其效能評(píng)價(jià)，證實(shí)紋理特征分析對(duì)鑒別三者有著重要臨床價(jià)值。CHANDARANA等［25］的研究表現(xiàn)，MRI 增強(qiáng)掃描的直方圖參數(shù)可較好地鑒別腎臟透明細(xì)胞癌與乳頭狀細(xì)胞癌。

放射組學(xué)不僅在鑒別腫瘤性質(zhì)方面有所應(yīng)用，在預(yù)測(cè)惡性腫瘤的病理分型方面也有所涉及。VENDRAMI 等［26］通過(guò)對(duì)47 例乳頭狀腎細(xì)胞癌（其中Ⅰ型31 例、Ⅱ型16 例）的MRI 圖像進(jìn)行分析，從定性和定量特征兩方面進(jìn)行邏輯回歸運(yùn)算，證實(shí)在常規(guī)定性分析中加入紋理特征分析可增加預(yù)測(cè)2 種乳頭狀腎細(xì)胞癌的準(zhǔn)確性。DOSHI 等［27］也在研究中試圖應(yīng)用紋理分析區(qū)分乳頭狀腎細(xì)胞癌2 種亞型，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在ADC 圖及腎實(shí)質(zhì)期增強(qiáng)掃描圖像上，Ⅱ型比Ⅰ型有較高的平均熵。丁玖樂(lè)等［28］提取了腎透明細(xì)胞癌CT 增強(qiáng)掃描圖像的多個(gè)紋理特征值，對(duì)Fuhrman 低級(jí)別組（Ⅰ+Ⅱ級(jí)）和高級(jí)別組（Ⅲ+Ⅳ級(jí)）病理的紋理參數(shù)進(jìn)行分析，篩選出差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)，并繪制ROC 曲線(xiàn)評(píng)價(jià)其診斷效能，發(fā)現(xiàn)對(duì)比度這一參數(shù)對(duì)鑒別兩者具有相對(duì)更高的效能，其有望成為預(yù)測(cè)腎透明細(xì)胞癌分級(jí)的影像標(biāo)志物。李小虎等［29］通過(guò)分別提取Fuhrman 高、低級(jí)別腎透明細(xì)胞癌的CT 增強(qiáng)掃描3D 圖像的紋理特征，對(duì)其進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)測(cè)試及評(píng)級(jí)診斷效能，證實(shí)放射組學(xué)對(duì)術(shù)前預(yù)測(cè)腎透明細(xì)胞癌的級(jí)別高低有著較好的診斷效能。肉瘤樣腎細(xì)胞癌具有高度侵襲性，患者預(yù)后極差，術(shù)前準(zhǔn)確鑒別其與其他腎細(xì)胞癌對(duì)指導(dǎo)治療有重要作用［30-31］。SCHIEDA 等［32］用紋理分析研究肉瘤樣腎細(xì)胞癌，發(fā)現(xiàn)其與腎透明細(xì)胞癌的灰度不均勻性差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肉瘤樣腎細(xì)胞癌比腎透明細(xì)胞癌更具有異質(zhì)性，這說(shuō)明紋理分析對(duì)鑒別兩者有重要價(jià)值。

2.3 放射組學(xué)對(duì)腎臟腫瘤的預(yù)后評(píng)估 多項(xiàng)研究表明［33-36］，放射組學(xué)可為疾病療效的評(píng)估、預(yù)測(cè)疾病發(fā)展提供客觀依據(jù)。TERUEL 等［33］對(duì)58 例接受治療的局部晚期乳腺癌進(jìn)行研究，證實(shí)其MRI 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描圖像中的紋理特征分析可幫助預(yù)測(cè)病灶對(duì)新輔助化療的反應(yīng)。楊彥松等［34］對(duì)直腸癌病灶的MRI 圖像進(jìn)行放射組學(xué)特征提取、篩選分析和訓(xùn)練學(xué)習(xí)，證實(shí)放射組學(xué)構(gòu)建的模型可預(yù)測(cè)直腸腺癌神經(jīng)周?chē)址?，為臨床評(píng)估預(yù)后及后續(xù)治療提供了客觀依據(jù)。BIER 等［35］研究證明，CT紋理參數(shù)分析對(duì)預(yù)測(cè)腹腔鏡腎部分切除術(shù)患者圍術(shù)期的預(yù)后有重要價(jià)值。白旭等［36］搜集已發(fā)生不同部位轉(zhuǎn)移的腎透明細(xì)胞癌患者原發(fā)病灶的MRI 資料，提取T2WI 圖像中的大量特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，繪制ROC 曲線(xiàn)分析特異度、敏感度等參數(shù)，證實(shí)發(fā)生不同部位轉(zhuǎn)移的腎透明細(xì)胞癌原發(fā)病灶的紋理特征存在差異，紋理分析有望用于預(yù)測(cè)腎透明細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移部位。

3 放射組學(xué)的局限與挑戰(zhàn)

放射組學(xué)是醫(yī)學(xué)研究中的新興領(lǐng)域，它的發(fā)展充滿(mǎn)巨大潛力，但也面臨著諸多問(wèn)題：①在放射組學(xué)研究的資料收集階段，不同的研究機(jī)構(gòu)使用的掃描機(jī)器型號(hào)和掃描參數(shù)不同，所得圖像信息也會(huì)有所不同，有研究［37-39］表明部分放射組學(xué)特征會(huì)隨著圖像和采集參數(shù)的微小變化而發(fā)生顯著變化，因此放射組學(xué)特征的再現(xiàn)性是其研究過(guò)程中的一大挑戰(zhàn)。②圖像分割環(huán)節(jié)目前有自動(dòng)分割、半自動(dòng)分割和手動(dòng)分割3 種［40］，不同分割方法所獲得的圖像范圍不同，提取的放射組學(xué)特征也會(huì)不同，因此部分特征參數(shù)存在重復(fù)性差的局限性。③不同研究機(jī)構(gòu)對(duì)于不同疾病所采用的分析軟件和方法都不同，而這些因素都會(huì)直接影響研究結(jié)果［41］。④各研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于預(yù)測(cè)模型的建立方法也不相同。放射組學(xué)研究只有建立在大數(shù)據(jù)的獲取和驗(yàn)證基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息共享，才能為精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展帶來(lái)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。如何保證研究圖像及所得數(shù)據(jù)的質(zhì)量是一大難題，這需要相關(guān)研究機(jī)構(gòu)建立統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。⑤目前關(guān)于放射組學(xué)的研究以回顧性研究居多，前瞻性研究相對(duì)匱乏，今后需投入更多的資源和精力用于放射組學(xué)的臨床實(shí)踐，以發(fā)揮其真正價(jià)值。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像診斷模式依賴(lài)于診斷醫(yī)師，診斷準(zhǔn)確性易受醫(yī)師主觀因素和業(yè)務(wù)能力的影響，另外因?yàn)椴糠帜[瘤的影像學(xué)表現(xiàn)存在重疊故易出現(xiàn)誤診情況，尤其在我國(guó)醫(yī)療資源相對(duì)緊張、診斷醫(yī)師的工作繁重的情況下更易出現(xiàn)誤漏診情況；而放射組學(xué)在影像診療系統(tǒng)中的輔助應(yīng)用可大大提高診斷醫(yī)師的工作效率和診斷準(zhǔn)確率。放射組學(xué)在腎臟腫瘤的良惡性鑒別、惡性腫瘤病理分型、分級(jí)、評(píng)估預(yù)后等多個(gè)方面的研究現(xiàn)已取得了可觀成果。在不久的將來(lái)，放射組學(xué)有望應(yīng)用于疾病診療的各個(gè)環(huán)節(jié)，在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代發(fā)揮其巨大作用。