易芹芹，周宙，羅燕，鐘淑媛，凌人男

作者單位：深圳市人民醫(yī)院(暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，南方科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院)放射科，深圳 518020

由于實施早期宮頸癌篩查及接種HPV 疫苗，全球?qū)m頸癌的發(fā)病率下降；然而我國宮頸癌發(fā)病率仍呈上升趨勢，宮頸癌的防治和診療仍面臨較大壓力[1]。早期宮頸癌(ⅠB 和ⅡA 期)治療可選根治性手術(shù)切除或同步放化療，手術(shù)切除后具有中危因素的患者術(shù)后需輔助放療或化療[2]。根據(jù)Sedlis 標(biāo)準(zhǔn)，國際婦瘤學(xué)會將淋巴脈管浸潤、深層間質(zhì)浸潤及瘤徑不小于4 cm 定義為宮頸癌中危因素[3]。術(shù)前通過影像學(xué)檢查可以較易識別腫瘤大小，但淋巴脈管浸潤(lymph-vascular space invasion，LVSI)和深層間質(zhì)浸潤情況必須通過術(shù)后病理才能確定。影像組學(xué)可以從術(shù)前影像圖像中高通量提取定量特征，通過挖掘高維數(shù)據(jù)輔助臨床決策，最終實現(xiàn)個體化精準(zhǔn)治療[4-5]。近年已有文獻發(fā)現(xiàn)MRI的功能序列DWI、PET/CT的標(biāo)準(zhǔn)攝取值及PET/CT影像組學(xué)可以術(shù)前預(yù)測LVSI及深層間質(zhì)浸潤[6-9]。基于MRI的影像組學(xué)模型可以術(shù)前無創(chuàng)預(yù)測宮頸癌的組織學(xué)類型、淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移等[10-11]；血液學(xué)指標(biāo)臨床較容易獲得，而且也可以預(yù)測宮頸癌預(yù)后[12]。本研究擬對腫瘤最大徑小于4 cm的宮頸癌患者，基于雙序列[T2加權(quán)成像(T2 weighted imaging，T2WI)及增強T1 加權(quán)成像(T1 weighted imaging，T1WI)] MRI 圖像進行影像組學(xué)分析，并聯(lián)合血液學(xué)臨床特征，建立術(shù)前預(yù)測宮頸癌中危因素(LVSI或深層間質(zhì)浸潤)的模型，輔助臨床制訂個體化治療方案。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究經(jīng)深圳市人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號：LL-KY-2019519)，免除受試者知情同意。回顧性分析深圳市人民醫(yī)院2016年6月至2021年6月的早期宮頸癌患者病例170 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者均接受根治性子宮切除術(shù)及盆腔淋巴結(jié)清掃術(shù)，MRI 檢查(T2WI 及增強T1WI 圖像)與手術(shù)間隔小于2 周；(2)術(shù)后確診為早期(FIGO2018 分期為ⅠB 期或ⅡA期)宮頸癌，術(shù)前未進行輔助治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：腫瘤最大徑＜1 cm 或≥4 cm；圖像質(zhì)量差，影響結(jié)果判讀；臨床資料(年齡、大小、中性粒細胞計數(shù)、淋巴細胞計數(shù)、血小板計數(shù)、中心粒淋巴比、淋巴單核比、全身免疫炎癥指數(shù))不足。研究終點為病理中危因素，術(shù)后病理確診有深層間質(zhì)浸潤或淋巴脈管浸潤二者之一為陽性，二者都無為陰性。

1.2 MRI檢查

采用Siemens Magnetom Skyro 3.0 T (西門子，德國)MRI 掃描儀，專用腹部8 通道相控陣線圈進行盆腔MRI 掃描，所有患者MRI 檢查均在同一臺機器完成?；颊咴跈z查前至少禁食4 h 且喝水適度充盈膀胱。掃描序列包括軸位T1WI及矢狀位、軸位T2WI，按照0.1 mmol/kg 注射Gd-DTPA 后80～120 s 采集盆腔軸位、矢狀位增強T1WI 圖像，掃描參數(shù)見表1。

表1 MRI掃描參數(shù)

1.3 影像組學(xué)分析

影像組學(xué)分析流程：圖像分割、特征提取、特征篩選與降維、建模(圖1)。

圖1 預(yù)測宮頸癌中危因素影像組學(xué)流程圖。

1.3.1 圖像分割及特征提取

將患者的T2WI 及增強T1WI 以DICOM 圖像格式保存并導(dǎo)入開源軟件ITK-SNAP (3.6 版本，www.itksnap.org)中，由兩名分別具有8年及15年婦科影像診斷的醫(yī)師進行手動圖像分割，得到3D VOI，再導(dǎo)入AK 軟件(GE Healthcare Analysis Kinetics)進行特征提取。第1 名醫(yī)師勾畫感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)并提取特征，1周后再次勾畫ROI并提取特征，用于評估測量者自身一致性；第2名醫(yī)師勾畫1 次ROI 并提取特征，用于評估測量者間一致性。勾畫感興趣區(qū)時，為了表現(xiàn)腫瘤異質(zhì)性，勾畫范圍包括腫瘤出血、囊變或壞死區(qū)域。

每個序列各提取了1316 個特征，包括：(1)強度特征(18 個)：一階特征，表現(xiàn)腫瘤的信號強度，比如熵；(2)形態(tài)特征(14個)：表現(xiàn)腫瘤的大小和形態(tài)信息；(3)紋理特征(354個)：表現(xiàn)腫瘤體素之間及腫瘤與周圍環(huán)境的關(guān)系，量化腫瘤異質(zhì)性，比如灰度共生矩陣；(4)小波特征(744 個)：經(jīng)小波分解計算獲得原始圖像的強度和紋理特征；(5)拉普拉斯變換特征(186 個)：通過高斯濾波器的拉普拉斯算子提取出的紋理特征。

1.3.2 特征篩選與降維、建模

影像組學(xué)特征參數(shù)采用最小值-最大值進行歸一化處理，消除不同特征間的尺度差異。首先，在訓(xùn)練組中，通過單因素分析篩選組學(xué)特征：以P＜0.05為標(biāo)準(zhǔn)；其次，通過LASSO回歸進行降維；確定組學(xué)特征后建模，得到組學(xué)模型并計算Rad-score。

1.4 臨床特征

包括年齡、腫瘤大小、術(shù)前中性粒細胞計數(shù)(neutrophil count，NEU，×109/L) (正常值為2.0～7.5)、術(shù)前淋巴細胞計數(shù)(lymphocyte count，LYM，×109/L) (正常值為0.8～4.0)、術(shù)前血小板計數(shù)(platelet count，PLT，×109/L) (正常值為100～300)、中性粒淋巴比(neutrophil to lymphocyte ratio，NLR)、淋巴單核比(lymphocyte to monocyte ratio，LMR)、全身免疫炎癥指數(shù)(systemic immune-inflammation index，SⅡ)；首先，在訓(xùn)練組中進行單因素分析篩選出P＜0.05 的臨床特征，再進行多因素分析構(gòu)建臨床模型。將臨床模型中的特征與Rad-score融合形成組合模型。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

所有的統(tǒng)計在SPSS 21.0、R 軟件(3.5.1 版本，https://www.r-project.org/)及Medcalc 15.2.2 軟件進行。(1)t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗用于比較訓(xùn)練組與驗證組在年齡、腫瘤大小、NEU、LYM、PLT、NLR、LMR、SⅡ是否有差異；(2)t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗比較訓(xùn)練組中中危因素陽性組與陰性組是否有差異；(3)組間相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficients，ICC)用于評價特征提取時觀察者自身及觀察者間一致性，ICC＞0.75 的特征納入研究；(4) R 軟件進行LASSO回歸；(5)進行Logistic回歸分析，并繪制臨床模型、組學(xué)模型及組合模型的ROC，并比較曲線下面積(area under curve，AUC)；(6)行Hosmer-Lemeshow 擬合優(yōu)度檢驗，并繪制校準(zhǔn)曲線和決策曲線評估模型的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

共篩選出符合納入及排除標(biāo)準(zhǔn)的早期宮頸癌患者病例170例。將病例按7∶3的比例隨機分為訓(xùn)練組(n=119)、驗證組(n=51)，入組流程圖見圖2。訓(xùn)練組中有中危因素者83 例，無中危因素者36 例；驗證組中有中危因素者30 例，無中危因素者21例(圖3)。

圖2 入組流程圖。

2.2 臨床模型

臨床特征在訓(xùn)練組與驗證組間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。血小板計數(shù)升高與中危因素有關(guān)(P＜0.05)，年齡、大小、中心粒細胞計數(shù)、淋巴細胞計數(shù)、NLR、LMR、SⅡ與中危因素?zé)o關(guān)(P＞0.05)。

表2 訓(xùn)練組與驗證組臨床特征對比

2.3 組學(xué)模型

T2WI 及增強T1WI 序列共2632 個，排除了ICC≤0.75 的組學(xué)特征，再經(jīng)過單因素分析后剩余1809 個特征。通過LASSO回歸降維后，有7 個組學(xué)特征是中危因素的獨立預(yù)測因子，包括3個T2WI圖像特征及4個增強T1WI圖像特征。訓(xùn)練組影像組學(xué)標(biāo)簽預(yù)測患者中危因素的AUC為0.835 (95%CI：0.769～0.887)，敏感度為81.7%，特異度為80%。

2.4 臨床-影像特征組合模型

將血小板計數(shù)和Rad-score納入模型，得到預(yù)測模型為P=ex/1+ex，其中x=-1.074+0.001×血小板計數(shù)+1.965×Rad-score，e為自然對數(shù)。訓(xùn)練組組合模型預(yù)測患者中危因素的AUC為0.853，95%CI：0.790～0.903，敏感度為85.5%，特異度為78%。

2.5 臨床模型、影像組學(xué)模型及組合模型在訓(xùn)練組和驗證組的對比

訓(xùn)練組中，臨床模型小于影像組學(xué)模型及組合模型，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(AUC=0.517，95%CI：0.439～0.595，P＜0.01)，影像組學(xué)模型AUC小于組合模型，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.39)(圖4)。驗證組中，臨床模型小于影像組學(xué)模型及組合模型，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(AUC=0.569，95%CI：0.428～0.702，P＜0.01)，影像組學(xué)模型(AUC=0.843，95%CI：0.720～0.927)小于組合模型(AUC=0.846，95%CI：0.723～0.929)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.85) (圖5)。校準(zhǔn)曲線表明組合模型具有良好的預(yù)測性(Hosmer-Lemeshow 檢驗，P=0.798)；決策曲線表明組合模型具有良好的臨床效益(圖6)。

圖4 訓(xùn)練組ROC曲線對比。

圖5 驗證組ROC曲線對比。

圖6 6A為組合模型校準(zhǔn)曲線，6B為三組模型決策曲線。

3 討論

3.1 研究回顧

對于小于4 cm的早期宮頸癌(ⅠB、ⅡA期)，本次回顧性研究發(fā)現(xiàn)以MRI圖像(聯(lián)合T2WI及增強T1WI圖像)和血常規(guī)建立的臨床-影像組學(xué)組合模型有助于預(yù)測病理中危因素，模型效能高于單純臨床模型，與影像組學(xué)模型效能相當(dāng)，有益于輔助臨床制訂個體化診療決策。

3.2 研究現(xiàn)狀

宮頸癌中危因素與預(yù)后密切相關(guān)，與無中危因素的宮頸癌相比，具有中危因素的患者，3年復(fù)發(fā)率從2%增長至31%，術(shù)后輔助治療可以明顯降低復(fù)發(fā)率和死亡率[4,13]。年齡、腫瘤大小與宮頸癌LVSI或深層間質(zhì)浸潤相關(guān)[14-15]，Chu等[4]研究發(fā)現(xiàn)年齡、腫瘤大小與宮頸癌無病生存期(disease-free survival，DFS)和總生存期(overall survival，OS)均相關(guān)，大于40 歲的患者或者腫瘤最大徑不小于2 cm 的患者均與宮頸癌DFS 和OS 呈正相關(guān)。本研究納入了年齡和腫瘤大小作為臨床特征，但在中危因素上陽性組和陰性組并沒有差別，未最終進入臨床模型，可能與本組研究病例年齡均數(shù)在40 歲以上，腫瘤最大徑均數(shù)也大于2 cm 有關(guān)。Fang 等[16]在研究影像組學(xué)預(yù)測早期宮頸癌的DFS中，納入了中心粒細胞計數(shù)、血小板計數(shù)及淋巴細胞計數(shù)作為臨床特征，但經(jīng)過單因素分析和多因素分析，上述三個參數(shù)均未進入臨床模型。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)血小板計數(shù)升高與更高的分期、更短的無進展生存期(progression-free survival，PFS)和OS 相關(guān)；Kozasa 等[18]也發(fā)現(xiàn)血小板計數(shù)高和血小板計數(shù)/淋巴細胞計數(shù)高是宮頸癌患者PFS和OS的獨立預(yù)測因子；本研究結(jié)果顯示，中心粒細胞計數(shù)和淋巴細胞計數(shù)在中危因素陰性組和陽性組間沒有差別，血小板計數(shù)在兩組間有差別，與上述研究結(jié)果相似。近年研究表明PLR、LMR 及SⅡ在腫瘤微環(huán)境中會升高，其可以通過促進細胞增殖、血管生成并抑制體內(nèi)淋巴系統(tǒng)來促進腫瘤的發(fā)展，并可以改變腫瘤對化療藥物的反應(yīng)，可以預(yù)測宮頸癌等腫瘤的預(yù)后[19-21]；本研究發(fā)現(xiàn)PLR、LMR 及SⅡ在早期宮頸癌有中危因素組和無中危因素組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可能與宮頸癌分期較早、直徑較小及本組病例數(shù)量偏少有關(guān)。

影像組學(xué)可以預(yù)測宮頸癌分期、組織學(xué)類型、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)[22-24]。目前，有較多關(guān)于宮頸癌影像組學(xué)的研究是從T2WI 或增強T1 圖像中來提取影像組學(xué)特征的[16,25-26]，說明從磁共振檢查的這兩個序列中可以成功提取宮頸癌相關(guān)的影像組學(xué)特征并輔助臨床診療決策；任靜等研究發(fā)現(xiàn)基于宮頸癌T2WI圖像影像組學(xué)特征及臨床特征建立的模型可以術(shù)前預(yù)測早期宮頸癌的深層間質(zhì)浸潤[14]，Li 等[25]發(fā)現(xiàn)基于術(shù)前TI 增強圖像的影像組學(xué)特征可以預(yù)測宮頸癌LVSI，Du 等[27]發(fā)現(xiàn)基于術(shù)前平掃T2WI 圖像的影像組學(xué)特征可以預(yù)測宮頸癌LVSI，結(jié)論均與本研究類似，但本研究綜合納入了平掃T2WI 及增強T1圖像的影像組學(xué)特征，楊易等研究者認(rèn)為融合了T2WI和增強T1WI 雙序列構(gòu)建的影像組學(xué)模型效能優(yōu)于單序列(T2WI 或T1CE)，能提供更多信息，增加模型的準(zhǔn)確性[28]，但楊易等的研究模型未納入臨床特征。

3.3 創(chuàng)新型與局限性

術(shù)前通過影像組學(xué)無創(chuàng)預(yù)測宮頸癌中危因素，可能會改變治療方式，目前新輔助化療已成為腫瘤治療的重要部分[29]，若術(shù)前預(yù)測中危因素可能性大，或可以新輔助治療后再手術(shù)，術(shù)后中危因素可能會減少，從而改變治療方式；既往研究大多是針對單一病理中危因素[27,30]，病例數(shù)較少，但是根據(jù)NCCN宮頸癌治療指南[31]，對于術(shù)后發(fā)現(xiàn)病理中危因素的患者均需輔助放療或放化療，將術(shù)后中危因素合并作為結(jié)果來分析，可以適當(dāng)提高樣本量，從而增加模型準(zhǔn)確性；既往研究常將腫瘤分化程度、病理類型、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況等納入[14,16,25]，而本研究旨在術(shù)前盡可能無創(chuàng)預(yù)測中危因素，僅納入了年齡、血常規(guī)和MRI 圖像，有助于臨床便利應(yīng)用及推廣。但是，本研究為單中心數(shù)據(jù)模型，且缺少外部驗證；腫瘤標(biāo)志物、HPV等其他血液檢查指標(biāo)也可后續(xù)納入研究。

綜上所述，對于小于4 cm的早期宮頸癌，通過MRI雙序列(T2WI 及增強T1WI)影像組學(xué)標(biāo)簽及血小板計數(shù)建立的臨床-影像組學(xué)組合模型可以術(shù)前無創(chuàng)、精準(zhǔn)預(yù)測宮頸癌中危因素，從而輔助臨床為患者個體化制訂最優(yōu)治療方案。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。