迪利亞爾·阿地力，曹博威，張文斌（通信作者）

（新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院胃腸腫瘤外科 新疆 烏魯木齊 830054）

影像組學(xué)是近幾年興起的一門技術(shù)，以無(wú)創(chuàng)性預(yù)測(cè)腫瘤的生物學(xué)行為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的需求。它能夠把傳統(tǒng)的影像圖像轉(zhuǎn)換為定量數(shù)據(jù)，在CT的影像分割、疾病診斷、放化療反應(yīng)、轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)后情況的預(yù)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。本文就影像組學(xué)在進(jìn)展期胃癌化療與生存預(yù)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展做一綜述，旨在為將來(lái)研究方向的選擇提供參考。

1 影像組學(xué)概述

受基因組學(xué)和蛋白組學(xué)的啟發(fā)，2012年由荷蘭的Lambin等[1]首次提出了影像組學(xué)的概念，強(qiáng)調(diào)從醫(yī)學(xué)圖像中高通量地提取定量影像信息。影像組學(xué)可直觀地將視覺影像信息轉(zhuǎn)化為深層次的特征來(lái)進(jìn)行量化分析，有望實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)性、全面、動(dòng)態(tài)量化病灶的時(shí)間和空間異質(zhì)性，對(duì)病理、臨床及放射醫(yī)師在腫瘤的分型、精準(zhǔn)診療、預(yù)后預(yù)測(cè)中有著重大的臨床參考價(jià)值。2018年伊始，影像組學(xué)研究的重點(diǎn)更是從預(yù)先設(shè)定的手工特征逐漸轉(zhuǎn)移至更加深層次的深度學(xué)習(xí)特征。其流程可大致分為圖像采集和預(yù)處理、圖像分割、圖像特征提取和篩選、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建與應(yīng)用。在腫瘤學(xué)的應(yīng)用中，影像組學(xué)特征還可作為一種客觀、量化的生物標(biāo)記物應(yīng)用于腫瘤的鑒別診斷、表型分析及預(yù)測(cè)預(yù)后。

2 影像組學(xué)在胃癌化療反應(yīng)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 新輔助化療反應(yīng)預(yù)測(cè)

對(duì)于初始分期較晚的可切除胃癌患者，新輔助化療已逐漸成為圍手術(shù)期治療中的重要方案。同單獨(dú)手術(shù)治療相比，新輔助化療+手術(shù)治療具有更高的生存獲益，然而只有20%～40%的病人對(duì)新輔助化療表現(xiàn)出敏感性，且存在術(shù)后不同程度的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。因此，精準(zhǔn)化潛在受益的人群能夠使患者避免不必要的不良反應(yīng)具有非常重要的臨床意義。Chen等[2]對(duì)221名接受新輔助化療的胃癌患者進(jìn)行了模型預(yù)測(cè)，從572個(gè)影像組學(xué)特征最終選取5個(gè)特征作為影像組學(xué)評(píng)分的計(jì)算基礎(chǔ)，結(jié)果亦展示出良好的預(yù)測(cè)效能，c-index（評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)能力）為0.763，提示該模型能夠根據(jù)胃癌患者的潛在敏感度進(jìn)行分層并針對(duì)性給予治療方案。Mazzei等[3]對(duì)意大利5個(gè)中心70名接受新輔助化療的胃癌患者進(jìn)行了分析，AUC達(dá)0.763，肯定了模型的預(yù)測(cè)價(jià)值。Sun等[4]納入106名接受新輔助化療的胃癌患者，結(jié)合其臨床病理特征建立了影像組學(xué)評(píng)分，結(jié)果提示該評(píng)分對(duì)新輔助化療反應(yīng)起到了良好的預(yù)測(cè)作用[AUC 95%CI=0.82（0.67，0.98）]。Li等[5]納入30例處于Ⅱ/Ⅲ期的進(jìn)展期胃癌患者，在接受新輔助化療前構(gòu)建了影像組學(xué)模型，結(jié)果顯示該模型能夠有效篩選出新輔助化療反應(yīng)不佳的潛在患者。

2.2 輔助化療反應(yīng)預(yù)測(cè)

針對(duì)手術(shù)治療且病理學(xué)分期為T3或T4期或伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的胃癌患者常使用術(shù)后輔助化療。近年來(lái)，多項(xiàng)前瞻性臨床研究結(jié)果證實(shí)輔助性化療可有效延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間，其中2007年的ACTSGC研究和2012年的CLASSIC研究確定了輔助性卡培他濱和奧沙利鉑聯(lián)合化療方案在行胃癌D2根治術(shù)患者中具有良好的臨床獲益能力，為進(jìn)展期胃癌患者的術(shù)后輔助化療方案奠定了基礎(chǔ)[6]。2021年，Liu等[7]基于雙能CT建立了一種多能量影像組學(xué)模型，結(jié)果表明高能特征對(duì)胃癌化療療效的預(yù)測(cè)能力最高，同時(shí)多能量模型的預(yù)測(cè)能力也優(yōu)于單能影像組學(xué)模型。同年，Jiang等[8]在Annals of Surgery雜志發(fā)表了一項(xiàng)多中心回顧性研究，共納入1 615名患者，利用一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（S-Net），集成全面的多尺度圖像特征，建立了一種用于評(píng)估腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞和髓系細(xì)胞的影像組學(xué)特征模型，有效預(yù)測(cè)出胃癌輔助化療反應(yīng)的強(qiáng)弱。Tan等[9]以86例胃癌患者為研究對(duì)象建立了DECT Delta影像組學(xué)模型，結(jié)果顯示該模型亦可有效預(yù)測(cè)進(jìn)展期胃癌患者的化療反應(yīng)，最佳AUC達(dá)0.83，是一種可靠的生物標(biāo)志物。Li等[10]從CT影像的瘤內(nèi)和瘤周區(qū)域提取特征并構(gòu)建了影像組學(xué)模型，對(duì)Ⅱ/Ⅲ期胃癌患者顯現(xiàn)出良好的輔助化療反應(yīng)預(yù)測(cè)能力。上述Jiang等研究人員早于2018年相繼發(fā)表兩篇研究，一篇對(duì)159 例胃癌患者進(jìn)行建模分析，通過(guò)影像組學(xué)評(píng)分將患者納入不同風(fēng)險(xiǎn)組，印證了Ⅱ/Ⅲ期患者輔助化療反應(yīng)的預(yù)測(cè)能力[11]；另一篇基于18F-氟代脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層成像CT建立了影像組學(xué)模型，共收集了214例胃癌患者，通過(guò)訓(xùn)練和驗(yàn)證隊(duì)列也同樣證實(shí)了影像組學(xué)評(píng)分對(duì)輔助化療潛在獲益人群的鑒別能力[12]。

3 影像組學(xué)在胃癌生存預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 總生存期（overall survival，OS）預(yù)測(cè)

行胃癌根治術(shù)和接受不同形式化療的最終目的即有效延長(zhǎng)患者的生存期?？偵嫫冢∣S）是指從隨機(jī)化開始，因任何原因引起死亡的時(shí)間，是衡量治療效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。上述Sun等[5]通過(guò)影像組學(xué)評(píng)分以0.59為界點(diǎn)將胃癌患者分為高分組和低分組，結(jié)果顯示高分組患者的OS顯著高于低分組（P＜0.001），即基于影像組學(xué)模型對(duì)患者總生存期的預(yù)測(cè)是有效的。Wang等[13]收集243例患者的信息，有意思地發(fā)現(xiàn)基于脾臟的影像學(xué)特征也可以有效預(yù)測(cè)胃癌患者的長(zhǎng)期預(yù)后。腫瘤浸潤(rùn)性Treg細(xì)胞（TITreg）在胃癌組織中呈高度浸潤(rùn)性，與胃癌患者的不良預(yù)后密切相關(guān)。Gao等[14]從三個(gè)獨(dú)立隊(duì)列共165例胃癌患者中提取信息并構(gòu)建了影像組學(xué)模型，結(jié)果顯示出對(duì)TITreg的良好的預(yù)測(cè)效能，AUC分別為0.884、0.869和0.847，多變量COX回歸分析系OS的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Zhang等[15]利用18層殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的深度學(xué)習(xí)模型對(duì)胃癌病人進(jìn)行了預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該模型對(duì)胃癌病人的OS具有良好的預(yù)測(cè)能力。該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了一種多聚焦融合特征金字塔網(wǎng)絡(luò)（MMF-FPN），該網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一了分離的低層特征和融合的高層特征，顯示出比現(xiàn)有的影像組學(xué)和深度學(xué)習(xí)方法更好的性能，期待后期進(jìn)一步的模型驗(yàn)證[16]。Li等[17]對(duì)181 例胃癌患者的影像組學(xué)和臨床病理因素進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)影像組學(xué)評(píng)分對(duì)總生存期（OS）的預(yù)測(cè)表現(xiàn)優(yōu)于臨床預(yù)測(cè)模型，而整合二者后的諾模圖更是將預(yù)測(cè)OS的效能提高了11%。Yoon等[18]對(duì)26例接受曲妥珠單抗為主的聯(lián)合化療的胃癌患者進(jìn)行影像組學(xué)分析，中期隨訪19 個(gè)月，同樣發(fā)現(xiàn)一些紋理特征與OS密切相關(guān)。

3.2 無(wú)病生存期（disease free survival，DFS）并OS預(yù)測(cè)

無(wú)病生存期（DFS）可簡(jiǎn)單定義為從手術(shù)切除到局部復(fù)發(fā)的時(shí)間。2021年，上海瑞金醫(yī)院的Chen等[19]對(duì)156例處于Ⅱ～Ⅳ期胃癌患者的雙能CT（DECT）進(jìn)行分析并構(gòu)建了影像組學(xué)模型與臨床模型進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在DFS的預(yù)測(cè)方面顯著高于臨床模型，AUC分別為0.80、0.77，而在OS預(yù)測(cè)中未見統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。該團(tuán)隊(duì)隨后構(gòu)建了整合影像組學(xué)特征與臨床病理特征的綜合模型，預(yù)測(cè)能力得到進(jìn)一步改善，在DFS和OS的C指數(shù)分別為0.810和0.710。前文已述Jiang等[8]同樣基于多尺度圖像特征有效預(yù)測(cè)了胃癌患者的DFS和OS，是預(yù)測(cè)兩個(gè)結(jié)局的獨(dú)立預(yù)后因素（P＜0.001）。該團(tuán)隊(duì)[20]又基于影像組學(xué)對(duì)胃癌免疫評(píng)分進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并在三個(gè)隊(duì)列中均發(fā)現(xiàn)對(duì)患者的DFS和OS有顯著的預(yù)測(cè)價(jià)值，HR范圍為0.296～0.487（P＜0.001）。然而也有研究結(jié)果并不完全相同。2020年，Chen等[21]在基于增強(qiáng)CT（CECT）的影像組學(xué)模型中預(yù)測(cè)了胃癌的淋巴血管浸潤(rùn)，并有效預(yù)測(cè)出無(wú)進(jìn)展生存時(shí)間，但并未發(fā)現(xiàn)與OS的預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)性。前文Jiang等[11-12]在2018年發(fā)表的兩篇研究亦顯示了影像組學(xué)模型對(duì)OS和DFS良好的預(yù)測(cè)效能。Li等[10]的研究同樣對(duì)Ⅱ～Ⅲ期胃癌患者的DFS進(jìn)行了多因素分析，證實(shí)了影像組學(xué)預(yù)測(cè)的可靠性。Wang等[22]從2個(gè)中心招募353例胃癌患者，建立了包含4個(gè)影像組學(xué)特征和3個(gè)臨床病理特征的影像組學(xué)模型，同樣發(fā)現(xiàn)該模型可有效預(yù)測(cè)胃癌患者的DFS，AUC達(dá)0.77。

4 小結(jié)與展望

影像組學(xué)在腫瘤診治策略的選擇、反應(yīng)預(yù)測(cè)和預(yù)后評(píng)估等方面展示出不容小覷的價(jià)值，但作為影像學(xué)領(lǐng)域中的一門新興分支學(xué)科，尚處于探索階段，仍存在較多可優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)。例如：在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，當(dāng)樣本量較少時(shí)，訓(xùn)練和驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的分層較差，會(huì)導(dǎo)致模型的適應(yīng)性、優(yōu)化和評(píng)估過(guò)程受阻。在模型開發(fā)和驗(yàn)證階段，模型的可復(fù)現(xiàn)性、泛化性和生物可解釋性主要體現(xiàn)影像組學(xué)的性能，但當(dāng)前較多模型的可復(fù)現(xiàn)性和泛化性欠佳，在共同配準(zhǔn)、重采樣、分割和強(qiáng)度歸一化等流程中亟待改善。在臨床應(yīng)用階段，開發(fā)適用于臨床工作的高效影像組學(xué)系統(tǒng)，能有效降低影像科醫(yī)師的工作負(fù)擔(dān)，是后期應(yīng)用階段的關(guān)鍵點(diǎn)。作為醫(yī)工結(jié)合的影像組學(xué)在未來(lái)?yè)碛袕V闊前景，相信這項(xiàng)不斷完善的技術(shù)能在腫瘤表象的鑒別、治療期間的表型變化、治療反應(yīng)的評(píng)估和生存的預(yù)測(cè)中展示出良好的效能，為腫瘤患者帶來(lái)更精準(zhǔn)的治療方案。