基于CT的影像組學(xué)特征對非小細(xì)胞肺癌放射治療效果的評估價值

陳 彥，姜立朋

(1.錦州醫(yī)科大學(xué)，遼寧 錦州 121001；2.赤峰學(xué)院附屬醫(yī)院放療科，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；3.錦州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放療科，遼寧 錦州 121001)

非小細(xì)胞肺癌(Non-small cell lung cancer，NSCLC)是臨床常見的呼吸道惡性腫瘤，以咳嗽、咯血、發(fā)熱、呼吸困難等為主要癥狀，致死率較高[1]。手術(shù)切除是NSCLC患者的首選治療方法[2]。但對于不能手術(shù)的患者來說，立體定向放射治療(Stereotactic body radiation therapy，SBRT)已成為主要的治療手段[3-4]。已有研究[5]表明，SBRT對NSCLC患者具有良好的治療效果，可明顯提高患者的3年總生存率，但目前對于SBRT療效及預(yù)后評估缺乏敏感性較高的檢測方法。CT是臨床常用的NSCLC輔助診斷方法，基于影像組學(xué)的數(shù)據(jù)分析，將自動化的數(shù)據(jù)特征轉(zhuǎn)化為可量化挖掘的影像特征數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了腫瘤分期、基因分析和預(yù)后預(yù)測，為臨床疾病的診療提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)[6-7]。基于CT的影像組學(xué)特征分析在NSCLC臨床分期中的應(yīng)用價值已得到證實[8]，但有關(guān)其對SBRT療效評估價值的研究報道較少。因此，本研究探討基于CT影像組學(xué)特征建立的模型對SBRT療效的評估價值，以期為臨床提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2018年1月至2021年1月在本院就診的NSCLC患者90例，按隨機(jī)數(shù)字表法分為訓(xùn)練組(45例)和驗證組(45例)。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床檢查符合NSCLC的診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]，且均經(jīng)手術(shù)病理檢查確診；②所有患者均接受SBRT，并于治療前行CT掃描；③患者性別不限，年齡≥18歲；④患者一般臨床資料及CT影像學(xué)資料完整；⑤隨訪時間≥3個月。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往存在化療史；②合并其他惡性腫瘤；③存在N3期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

1.2 研究方法

1.2.1 收集資料：收集患者性別、年齡、吸煙史、腫瘤最大徑、腫瘤分型、腫瘤位置、手術(shù)病理分期、處方劑量、血清吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)活性和癌胚抗原(CEA)水平等資料。其中，采用高效液相色譜法檢測色氨酸(Trp)與犬尿氨酸(Kyn)濃度，以Kyn/Trp為IDO值，正常參考值≥0.034[10]；采用化學(xué)發(fā)光免疫法檢測CEA水平，正常參考值為≤5.0 ng/ml[11]。

1.2.2 CT掃描：所有患者均采用64層螺旋CT行胸部平掃及增強(qiáng)掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流160 mAs，準(zhǔn)直器0.625 mm，層厚1.25 mm，矩陣512×512，F(xiàn)OV 350 mm×350 mm。平掃結(jié)束后，使用雙筒高壓注射器于肘靜脈注射對比劑釓雙胺(0.01 mmol/kg)，注射速度2.5 ml/s，最大劑量100 ml。注射對比劑后25～30 s行動脈期掃描，60 s后行靜脈期掃描。掃描圖像以DICOM格式導(dǎo)出。

1.2.3 CT圖像分析與特征提取：采用MIM Maestro軟件(美國MIM公司)非剛性配準(zhǔn)法校正CT多期圖像，根據(jù)閾值在動脈期CT圖像中自動勾畫腫瘤病灶輪廓感興趣區(qū)域(ROI)，去除CT值<50 HU或CT值>300 HU的像素閾值氣體，同時注意避開鈣化血管區(qū)和壞死區(qū)。由兩名具有豐富CT診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對ROI進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，有異議時經(jīng)商議后達(dá)成一致意見。使用3D Slicer 4.7.0軟件提取影像特征，每張CT圖像的ROI內(nèi)可獲取423個特征，包括形狀特征21個，灰度特征96個，紋理特征102個和小波變換特征204個。

1.2.4 隨訪及療效評價標(biāo)準(zhǔn)：參考RECIST 1.1標(biāo)準(zhǔn)對治療療效進(jìn)行評估。完全緩解(CR)指所有靶病灶均消失；部分緩解(PR)指病灶直徑下降幅度≥30%；疾病進(jìn)展(PD)指病灶直徑增加幅度≥20%；疾病穩(wěn)定(SD)指病灶直徑下降幅度<30%或增加幅度<20%。CR、PR為治療有效，PD、SD為治療無效。

2 結(jié) 果

2.1 兩組患者臨床資料比較 見表1。訓(xùn)練組和驗證組患者性別、年齡、吸煙史、腫瘤最大徑、腫瘤分型、腫瘤位置、手術(shù)病理分期、處方劑量、IDO異常、CEA異常和治療有效率等臨床資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)。

表1 兩組患者臨床資料比較

2.2 影像組學(xué)標(biāo)簽及模型預(yù)測效能分析 LASSO-Logistic回歸分析篩選出的最佳影像特征包括：①平掃期中，小波變換特征2個，鄰域灰度差分矩陣特征1個，紋理特征1個，共4個；②動脈期中，小波變換特征8個，一階特征2個，灰度級帶矩陣特征2個，共12個；③靜脈期中，小波變換特征11個，鄰域灰度差分矩陣特征3個，形狀特征2個，一階特征1個，紋理特征1個，共18個。篩選的最佳組學(xué)特征與對應(yīng)加權(quán)系數(shù)乘積的線性組合形成影像組學(xué)標(biāo)簽，訓(xùn)練組影像組學(xué)標(biāo)簽為-0.853±0.276，驗證組影像組學(xué)標(biāo)簽為-0.781±0.248。不同模型下兩組陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值和準(zhǔn)確度見表2。

表2 不同時相影像組學(xué)模型對兩組患者SBRT療效的預(yù)測效能

2.3 SBRT療效影響因素Logistic回歸分析 見表3。逐步多因素Logistic回歸分析結(jié)果顯示，影像組學(xué)標(biāo)簽、IDO和CEA是影響SBRT療效的獨(dú)立危險因素(均P<0.05)。

表3 SBRT療效影響因素Logistic回歸分析

3 討 論

SBRT是不耐受手術(shù)的NSCLC患者的首選治療方案，而對SBRT療效進(jìn)行評估是避免治療后并發(fā)癥的關(guān)鍵，也是保證患者放療后生活質(zhì)量的重要方法[12]。CT檢查作為臨床評估NSCLC分期、決定治療方案和預(yù)測治療效果的常用影像學(xué)檢查方法，具有操作簡便、掃描速度快、輻射量低等優(yōu)勢，但無法提供腫瘤的異質(zhì)性信息，難以實現(xiàn)疾病的定量分析。基于CT影像組學(xué)的分析方法可將CT圖像轉(zhuǎn)化為高維度的定量特征數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)CT檢查的不足，通過對腫瘤異質(zhì)性的定量描述可準(zhǔn)確預(yù)測腫瘤臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生[13-15]。本研究應(yīng)用LASSO法篩選出NSCLC患者治療前的最佳CT影像組學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)基于不同時相CT的影像組學(xué)特征建立的模型均可作為評估NSCLC患者放射治療療效的有效檢查手段。

本研究共提取846個影像組學(xué)特征，LASSO-Logistic回歸分析篩選出平掃期、動脈期和靜脈期的最佳影像特征分別為4、12和18個，且訓(xùn)練組的影像組學(xué)標(biāo)簽為-0.853±0.276，驗證組的影像組學(xué)標(biāo)簽為-0.781±0.248。楊春生等[16]對晚期肺腺癌表皮生長因子受體突變狀態(tài)的CT影像組學(xué)特征進(jìn)行分析，在CT掃描的三期時相中均提取到了鄰域灰度差分矩陣、小波變換等典型影像組學(xué)特征，認(rèn)為不同時相的潛在差異可反映腫瘤的異質(zhì)性特征。何蘭等[17]在研究CT影像組學(xué)對NSCLC臨床分期的價值中發(fā)現(xiàn)，篩選出來的影像組學(xué)特征通過與對應(yīng)加權(quán)系數(shù)乘積進(jìn)行線性組合的得到的影像組學(xué)標(biāo)簽可用于NSCLC的臨床分期，具有良好的預(yù)測效能。本研究發(fā)現(xiàn)，基于平掃期、動脈期和靜脈期CT影像組學(xué)特征建立的模型預(yù)測SBRT療效的AUC值為分別為0.768、0.802和0.806，靈敏度分別為75.33%、80.02%和80.00%，提示基于不同時相CT的影像組學(xué)特征建立的模型在評估NSCLC患者放射治療療效方面具有良好的預(yù)測價值。增強(qiáng)掃描除反映腫瘤組織成分、細(xì)胞密度等特征外，還可反映腫瘤的組織血流灌注及血流廓清等非均質(zhì)性特征；影像組學(xué)方法可將以上腫瘤特征進(jìn)行量化，不僅可精確化呈現(xiàn)腫瘤的細(xì)微差異，還能避免臨床圖像分析中因主觀原因?qū)е碌恼`差，因而具有較高的敏感度和特異度[18-19]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，影像組學(xué)標(biāo)簽、IDO活性和CEA水平是影響SBRT療效的獨(dú)立危險因素。IDO可介導(dǎo)機(jī)體的免疫活性，其水平升高與NSCLC患者生存期降低有關(guān)[20]。CEA是一種光譜腫瘤標(biāo)志物，是評估患者預(yù)后的重要指標(biāo)[21]。SBRT具有良好的腫瘤局部控制率，在控制腫瘤的同時還可改變患者的機(jī)體免疫狀態(tài)，使IDO活性和CEA水平發(fā)生變化。因此，臨床可通過監(jiān)測IDO活性和CEA的動態(tài)變化來評估患者預(yù)后。

綜上所述，基于不同時相CT的影像組學(xué)特征建立的模型均可作為評估NSCLC患者SBRT療效的有效檢查手段，對影像組學(xué)標(biāo)簽和實驗室指標(biāo)的動態(tài)變化進(jìn)行追蹤分析有利于SBRT療效的預(yù)測。