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        多參數(shù)MRI 放射組學(xué)預(yù)測(cè)上皮性卵巢癌患者術(shù)前腹膜轉(zhuǎn)移

        2021-10-13 08:14:10蔚曉玉吳慧牛廣明任嘉梁蔚納錢洛丹吳靜
        磁共振成像 2021年8期
        關(guān)鍵詞:組學(xué)卵巢癌腹膜

        蔚曉玉,吳慧,牛廣明*,任嘉梁,蔚納,錢洛丹,吳靜

        卵巢癌(ovarian cancer,OC)在婦科腫瘤中病死率居于首位,其中上皮性卵巢癌是最常見的類型,占所有卵巢癌的85%~90%。卵巢癌的特點(diǎn)是腹腔內(nèi)多發(fā)轉(zhuǎn)移,一旦發(fā)生腹膜轉(zhuǎn)移(peritoneal carcinomatosis,PC),患者預(yù)后多較差,且病死率高,五年生存率僅為30%[1-3]。如果能夠在早期發(fā)現(xiàn)腹膜轉(zhuǎn)移,有利于避免不必要的切除和選擇最佳的治療方法。

        放射組學(xué)是一個(gè)以定量成像技術(shù)為基礎(chǔ)的新興的有前途的研究領(lǐng)域,通過從醫(yī)學(xué)圖像中提取高通量定量放射學(xué)特征,能夠低成本無創(chuàng)性地為腫瘤學(xué)提供決策支持[4]。該方法已成功地用于腫瘤的診斷、分級(jí)和治療監(jiān)測(cè)等方面[5-7]。近年來,該方法已成功應(yīng)用于胃癌的術(shù)前腹膜轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)[8-9],本研究推測(cè)這種方法也同樣適用于上皮性卵巢癌(epithelial ovarian cancer,EOC)。到目前為止,關(guān)于EOC 的腹膜轉(zhuǎn)移尚未開發(fā)出個(gè)性化的預(yù)測(cè)模型。因此,本研究旨在評(píng)估基于MP-MRI 放射組學(xué)在預(yù)測(cè)EOC 患者術(shù)前腹膜轉(zhuǎn)移的價(jià)值。

        1 材料和方法

        1.1 一般資料

        本研究經(jīng)過內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科研醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào):YKD202001145),免除受試者知情同意?;仡櫺允占?015 年6 月至2020 年5 月在我院就診的EOC 患者86 例。納入標(biāo)準(zhǔn):術(shù)后組織病理學(xué)證實(shí)為上皮性卵巢癌;手術(shù)前一周接受多參數(shù)MRI檢查。排除標(biāo)準(zhǔn):既往卵巢癌治療史;盆腔MRI上有明確的腹膜轉(zhuǎn)移征象;CA125等臨床資料不完整。所有患者均行全子宮雙附件切除術(shù)加大網(wǎng)膜切除手術(shù),在肝門、盲腸、大網(wǎng)膜、道格拉斯袋、橫隔、橫結(jié)腸、腸系膜等處發(fā)現(xiàn)結(jié)節(jié)狀轉(zhuǎn)移灶,直徑小于1 mm。腹膜轉(zhuǎn)移的存在是由病理學(xué)專家和婦科醫(yī)生根據(jù)美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)指南一致確定的[10]。最終證實(shí)39 例患者腹膜轉(zhuǎn)移陽性,47例患者腹膜轉(zhuǎn)移陰性。所有患者的臨床病理特征均從病歷中獲得,包括年齡、術(shù)前CA125水平、腹部癥狀、絕經(jīng)史、遺傳史、分型。

        1.2 MR成像采集

        所有MRI檢查均在3.0 T系統(tǒng)(Discovery MR750,GE Healthcare,美國(guó))上進(jìn)行,使用8通道相控體部線圈。掃描前患者適度充盈膀胱,取仰臥位,掃描參數(shù):軸位脂肪抑制T2加權(quán)成像(fat suppression-T2 weighted imaging,F(xiàn)S-T2WI)視野320 mm×320 mm,TR 3429 ms,TE 68 ms,矩陣256×256,層厚5 mm,層間距 2 mm;擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI) FOV 320 mm×320 mm,TR 2400 ms,TE 20 ms,矩陣128×256,層厚5 mm,層間距2 mm,b=0、1000 s/mm2;動(dòng)態(tài)增強(qiáng)(dynamic contrast enhanced,DCE)-T1WI 掃描TR 2.8 ms,TE 1.3 ms,層厚5 mm,層間距2 mm,對(duì)比劑采用釓螯合物(Omniscan,GE Healthcare,Ireland),劑 量0.1 mmol/kg,流 率3.0 mL/s。

        1.3 圖像分割與數(shù)據(jù)分析

        MRI 數(shù)據(jù):兩位分別具有3 年和10 年女性盆腔MRI 成像經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)生,不知道病理結(jié)果,但知道EOC 的診斷,一同回顧了MRI 圖像,并記錄以下內(nèi)容:(1)單側(cè)和雙側(cè)卵巢腫瘤;(2)腫瘤大小(最大層面腫瘤體積);(3) T2 信號(hào),分為均勻和欠均勻(對(duì)比肌層信號(hào));(4)增強(qiáng)程度;(5) ADC值。對(duì)于雙側(cè)病灶的患者,根據(jù)手術(shù)病理結(jié)果確定其為同一病理類型,最終選擇最大的腫瘤進(jìn)行分析。

        在數(shù)據(jù)分割之前需要進(jìn)行預(yù)處理。選取每個(gè)患者的FS-T2WI、DWI 序列圖像配準(zhǔn)到DCE-T1WI(僅限動(dòng)脈晚期)圖像[11]。ROI 由兩位分別具有8 年和11 年腹部影像學(xué)經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生在DWI (b=1000 s/mm2)腫瘤的最大層面沿病灶實(shí)性成分邊緣對(duì)原發(fā)腫瘤進(jìn)行勾畫。仔細(xì)對(duì)比FS-T2WI 和DCE-T1WI 避開腫瘤的囊變、壞死或出血區(qū)。一個(gè)月后,分層隨機(jī)抽樣選取30 例患者M(jìn)RI 資料,放射科醫(yī)生對(duì)其進(jìn)行第2 次分割,以評(píng)估觀察者內(nèi)部和觀察者之間的重復(fù)性。

        使用AK 智能軟件(GE Healthcare)提取放射組學(xué)特征,包括灰度直方圖特征、形態(tài)學(xué)特征、灰度共生矩陣特征、灰度游程長(zhǎng)度矩陣功能和灰度尺寸區(qū)域矩陣特征。通過組內(nèi)和組間相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)評(píng)價(jià)保留穩(wěn)定性和重復(fù)性高的特征,設(shè)定ICC 閾值為0.75;按照ICC>0.75 標(biāo)準(zhǔn),F(xiàn)S-T2WI、DWI 和DCE-T1WI 序列分別保留了508、557 和508 個(gè)放射組學(xué)特征。對(duì)篩選后的組學(xué)特征進(jìn)行最大相關(guān)最小冗余(Max-Relevance and Min-Redundancy,mRMR)和最小絕對(duì)收縮與選擇算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)回歸分析,篩選用于評(píng)估腹膜轉(zhuǎn)移狀態(tài)的放射學(xué)特征(圖1)。通過10 次交叉驗(yàn)證進(jìn)行懲罰參數(shù)調(diào)整,選擇與腹膜轉(zhuǎn)移狀態(tài)相關(guān)的非零系數(shù)特征。

        圖1 特征篩選圖Fig.1 Feature screening diagram

        1.4 放射組學(xué)和臨床模型的建立

        將上述方法篩選出的放射組學(xué)特征納入多因素Logistic回歸分析,建立放射組學(xué)模型。以上所有步驟都是在FS-T2WI、DWI 和DCE-T1WI 上執(zhí)行。此外,為了進(jìn)行比較,還建立了包含臨床數(shù)據(jù)的模型。最后,將組學(xué)特征與臨床數(shù)據(jù)相結(jié)合,構(gòu)建了混合模型。為了提供預(yù)測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移概率的可視化和個(gè)性化工具,筆者繪制了諾模圖。

        1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        所有統(tǒng)計(jì)分析均使用R語言(版本3.6.3,統(tǒng)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ))進(jìn)行。年齡、術(shù)前CA125水平、腫瘤大小、ADC 值的差異采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn),腹部癥狀、絕經(jīng)史、遺傳史、分型、病變部位、T2信號(hào)、增強(qiáng)程度的差異采用卡方檢驗(yàn)。繪制模型的ROC 曲線,計(jì)算AUC和95%可信區(qū)間(confidence interval,CI),以量化模型的判別能力。應(yīng)用校準(zhǔn)曲線來評(píng)估諾模圖的校準(zhǔn)情況,并進(jìn)行Hosmer-Lemesshow檢驗(yàn)。決策曲線分析用于計(jì)算不同模型在不同閾值概率下的凈收益。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 一般資料比較

        有腹膜轉(zhuǎn)移的卵巢癌與無腹膜轉(zhuǎn)移的卵巢癌在年齡和術(shù)前CA125 水平方面有顯著差異(P<0.001)。有腹膜轉(zhuǎn)移的卵巢癌在腹部癥狀、絕經(jīng)史、遺傳史、分型、病變部位、腫瘤大小、T2 信號(hào)、ADC 等方面與無腹膜轉(zhuǎn)移相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表1。

        表1 86例患者一般臨床資料對(duì)照Tab.1 Comparison of general clinical data of 86 patients

        2.2 數(shù)據(jù)分析

        最終選取了2 個(gè)FS-T2WI 特征、3 個(gè)DWI 特征和3 個(gè)DCE-T1WI 特征建立模型。此外,通過多變量Logistic 回歸進(jìn)一步去除特征,最終保留了5 個(gè)特征,建立了組合的多序列模型。正如預(yù)期的那樣,來自多序列組合模型比來自單一序列的模型顯示出更好的區(qū)分能力,4種模型的ROC曲線見圖2。

        圖2 FS-T2WI放射模型、DWI放射模型、TIC放射模型和組合放射模型的接收器工作特性曲線Fig.2 Receiver operating characteristic curves of FS-T2WI radiation model,DWIradiation model,TIC radiation model and combined radiation model.

        2.3 模型比較及諾模圖的表現(xiàn)U

        根據(jù)臨床資料和放射組學(xué)特征的多變量分析,建立了包含一個(gè)臨床特征和3 個(gè)影像組學(xué)特征的放射學(xué)諾模圖(圖3)。放射學(xué)諾模圖的AUC 高于臨床模型和組學(xué)模型(0.953,95%CI:0.914~0.993),表明放射學(xué)諾模圖可以有效區(qū)分有無腹膜轉(zhuǎn)移。臨床模型的預(yù)測(cè)性能低于組學(xué)模型(AUC=0.819 vs.AUC=0.865)。圖4 總結(jié)了這3 種模型的診斷性能和ROC 分析結(jié)果。

        圖3 放射學(xué)諾模圖Fig.3 Radiology nomogram.

        諾模圖的校準(zhǔn)曲線在預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值之間顯示出較好的一致性,Hosmer-Lemesshow檢驗(yàn)無顯著性意義(P>0.05),表明具有良好的擬合度(圖5)。諾模圖、放射組學(xué)模型和臨床模型的決策曲線分析見圖6,研究發(fā)現(xiàn)諾模圖比臨床模型和組學(xué)模型具有更好的凈收益。

        3 討論

        本研究基于臨床數(shù)據(jù)和反映原發(fā)腫瘤特征信息的放射組學(xué)特征,提出了一種術(shù)前預(yù)測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移的無創(chuàng)性諾模圖。本研究表明,多序列組合模型優(yōu)于單一序列模型。所構(gòu)建的諾模圖為腹膜轉(zhuǎn)移診斷提供了一種易于使用、無創(chuàng)和個(gè)體化的工具,為臨床醫(yī)生提供了決策支持。

        3.1 腹膜轉(zhuǎn)移現(xiàn)狀研究

        美國(guó)國(guó)立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)指南推薦觀察所有腹膜表面,并應(yīng)選擇性切除任何疑似存在轉(zhuǎn)移的腹膜表面,這就需要盡可能準(zhǔn)確、全面地識(shí)別腹膜轉(zhuǎn)移灶。因此,迫切需要一種準(zhǔn)確的非侵入性技術(shù)來評(píng)估腹膜轉(zhuǎn)移的狀況。在此之前,已經(jīng)有一些研究探討了MRI 在評(píng)估上皮性卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移方面的價(jià)值。目前,所有已發(fā)表的研究都是小樣本量的情況下進(jìn)行的,且主要集中在常規(guī)影像學(xué)上[12-14]。很多EOC 發(fā)生腹膜轉(zhuǎn)移時(shí)不伴腹水,由于腹膜皺褶多,在無腹水或腹水較少時(shí)極易導(dǎo)致較小的腹膜轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)被遺漏,影響患者的治療和預(yù)后。CT 是檢測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移的常用工具,但其漏診率高。18F-FDG PET/CT 雖然在評(píng)估腹膜轉(zhuǎn)移狀態(tài)中取得了不錯(cuò)的效果,但因其費(fèi)用昂貴,并沒有得到廣泛使用。腹膜種植的確診主要依靠開腹探查手術(shù)及腹腔鏡檢查,但這種有創(chuàng)且昂貴的手術(shù)并不是常規(guī)的,而且存在一定的風(fēng)險(xiǎn),如術(shù)中腫瘤包膜破裂、切口轉(zhuǎn)移等[15-16]。MRI 對(duì)軟組織具有高分辨率,并且可以清楚地顯示解剖關(guān)系。迄今為止,MRI往往是卵巢癌的精確成像技術(shù)。

        3.2 影像組學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)

        本研究選取了MRI上沒有明確轉(zhuǎn)移征象的病例,這是因?yàn)楸狙芯恐荚谔剿饕环N能夠發(fā)現(xiàn)隱匿性腹膜轉(zhuǎn)移的工具。本研究從MP-MRI 圖像提取了1000 多個(gè)特征,評(píng)估了上皮性卵巢癌患者在FS-T2WI、DWI、DCE-T1WI 及它們?nèi)呓Y(jié)合時(shí),MR 成像特征對(duì)有無腹膜轉(zhuǎn)移的鑒別能力。當(dāng)FS-T2WI、DWI 與DCE-T1WI 結(jié)合時(shí),對(duì)癌癥有無腹膜轉(zhuǎn)移的診斷效能最好,這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道相一致[17-18]。本研究是結(jié)合解剖、擴(kuò)散和灌注MRI,并使用基于原發(fā)腫瘤的放射組學(xué)分析來預(yù)測(cè)上皮性卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移的研究。

        在本研究中,術(shù)前CA125水平被認(rèn)為是腹膜轉(zhuǎn)移的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子,年齡對(duì)于腹膜轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)有一定潛力,但不如CA125 有效,因此建立了基于CA125 的臨床模型。本研究數(shù)據(jù)表明,高水平的CA125發(fā)生腹膜轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)明顯增高,這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果一致[19-20]。與此同時(shí),為了便于臨床使用,本研究開發(fā)了一種包含術(shù)前CA125 水平和放射組學(xué)特征的諾模圖,其AUC值為0.953,在預(yù)測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移方面具有更高的診斷性能,DCA 曲線也表明其具有令人滿意的臨床實(shí)用性。諾模圖綜合臨床數(shù)據(jù)與放射組學(xué)特征,包含了多維的定量和詳細(xì)的信息,因此其得出的結(jié)果更客觀和準(zhǔn)確。

        腹膜轉(zhuǎn)移常見于胃、膽囊、胰腺、肺、腸、子宮和卵巢[21-23]。最近,有研究表明放射組學(xué)可以用來預(yù)測(cè)癌癥患者的腹膜轉(zhuǎn)移[8-9]。Dong 等[8]開發(fā)了一種個(gè)體化的諾模圖來鑒別晚期胃癌的隱匿性腹膜轉(zhuǎn)移,并取得了較好的結(jié)果。本研究的主題與他們相同,但是在細(xì)節(jié)上卻有許多不同之處。首先,本研究采用了MP-MRI提取特征,能夠更全面、更詳細(xì)地反映腫瘤信息。其次,本研究不僅建立了單一序列模型,還建立了它們的組合模型,通過比較發(fā)現(xiàn),組合模型在預(yù)測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移方面具有更好的性能。此外,本研究建立的諾模圖也顯示出了較好的臨床實(shí)用性,能為臨床術(shù)前預(yù)測(cè)卵巢癌的腹膜轉(zhuǎn)移狀態(tài)提供診斷依據(jù)。

        3.3 本研究的局限性

        首先,這是一項(xiàng)樣本量較小的回顧性研究,因此結(jié)果可能是有偏見的,未來需要進(jìn)行多中心、大樣本、前瞻性的隨機(jī)對(duì)照研究。其次,本研究選取了最大層面的實(shí)性成分作為研究對(duì)象,也許整個(gè)腫瘤能提供更全面豐富的信息。此外,本研究?jī)H對(duì)動(dòng)脈晚期MRI 圖像進(jìn)行放射組學(xué)分析,也許靜脈期MRI 圖像可能會(huì)提供更多有用的放射組學(xué)信息,這需要繼續(xù)探討。最后,本研究只選取了原發(fā)腫瘤,腹膜的放射組學(xué)特征沒有常規(guī)使用,未來腹膜的放射組學(xué)分析值得進(jìn)一步研究,探索其價(jià)值。

        總之,本研究建立了基于術(shù)前CA125和來源于原發(fā)腫瘤放射組學(xué)特征的諾模圖,用于上皮性卵巢癌患者術(shù)前預(yù)測(cè)腹膜轉(zhuǎn)移。這一有效且易于操作的新方法為上皮性卵巢癌患者制定個(gè)性化治療計(jì)劃提供了一種非侵入性的可靠工具。

        作者利益沖突聲明:全體作者均聲明無利益沖突。

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