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治療前CECT影像組學預測進展期胃癌患者新輔助化療后有無淋巴結轉移的多中心研究

2022-07-13 01:24:44高德培李清婉張大福崔艷芬代佑果李振輝張治平
腫瘤影像學 2022年3期
關鍵詞:進展胃癌

謝 錕,高德培,李清婉,張大福,崔艷芬,代佑果,李振輝,張治平

1.昆明醫科大學第三附屬醫院,云南省腫瘤醫院放射科,云南 昆明 650118;

2.山西省腫瘤醫院放射科,山西 太原 030031;

3.昆明醫科大學第三附屬醫院,云南省腫瘤醫院胃與小腸外科,云南 昆明 650118

中國胃癌的發病率和死亡率較高,絕大多數患者就診時已為進展期胃癌[1-2],其中80%以上的患者存在淋巴結轉移[3]。新輔助化療(neoadjuvant chemotherapy,NAC)是2021版中國腫瘤臨床學會(China Society and Clinical Oncology,CSCO)胃癌指南推薦的進展期胃癌患者的標準治療方案之一[2]。約30%的進展期胃癌患者進行NAC后可以達到術前無淋巴結轉移狀態[4],這樣手術中也就無需進行淋巴結清掃,不僅能夠縮短患者的手術時間,降低手術的風險和難度,更重要的是能夠有效地改善患者的遠期預后[5-8]。但不同進展期胃癌患者淋巴結對NAC的反應存在差異,目前尚無預測進展期胃癌患者NAC后有無轉移淋巴結的有效方法,這對患者的個體化治療及預后預測均非常不利。本研究擬通過回顧性分析進展期胃癌患者NAC前的增強計算機體層成像(contrast-enhanced computed tomography,CECT)影像學特征和臨床病理學參數,構建進展期胃癌患者NAC后有無淋巴結轉移的預測模型,以期為臨床制訂個體化的治療方案提供更多的參考依據。

1 資料和方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究,獲得所在醫院倫理委員會批準。連續性收集2012年10月—2020年8月間云南省腫瘤醫院和山西省腫瘤醫院NAC后進行手術切除并獲得完整術后病理學檢查資料的進展期胃癌患者。收集患者NAC治療前的臨床病理學和影像學資料。

納入標準:① NAC前經病理學檢查證實為胃腺癌;② 參照2021版CSCO胃癌指南[2],患者的臨床分期為進展期(cT3-4aN+/-M0)需要行NAC治療;③ NAC前1周內進行CECT檢查;④ NAC結束后1周內行胃癌根治術并D2區域淋巴結清掃,且取得完整的淋巴結術后病理學檢查結果。

排除標準:① NAC前患者CT圖像胃腔充盈不佳或呼吸運動偽影較明顯,影響對病灶的觀察;② 病變區胃壁厚度小于0.5 cm[難以準確勾畫感興趣區(region of interest,ROI)];③ CECT檢查前進行過任何方案的化療或放療,或NAC過程中接受過任何NAC以外的抗腫瘤治療,如靶向藥物治療或同期放化療等;④ 未按2021版CSCO指南推薦的NAC方案進行規范化療[2];⑤ 患者的NAC周期未在2~6個周期之間。

根據以上納入、排除標準,226例進展期胃癌患者最終納入本研究。其中山西省腫瘤醫院的患者數據作為訓練集(146例),術后病理學檢查存在淋巴結轉移的進展期胃癌患者50例,無淋巴結轉移者96例;另外云南省腫瘤醫院的患者數據作為獨立的外部驗證集(80例),術后病理學檢查存在淋巴結轉移的進展期胃癌患者26例,無淋巴結轉移者54例。

1.2 CT掃描方案

采用美國GE公司的Discovery750HD 64排CT機,荷蘭Philips公司的Brilliance 64排螺旋CT機,德國Siemens公司的Somatom Definition AS 64排螺旋CT機及Siemens Force第三代雙源CT掃描機。入組患者均采用多層螺旋CT掃描,掃描參數:管電壓100 keV或120 keV,管電流采用自動毫安秒調節,轉速0.6或0.5 s/r,圖像重建層厚、相應層間距分別為0.625 mm、1 mm或2 mm。CT掃描方案:患者檢查前禁食8~12 h,于CT檢查前15 min內囑患者飲800~1 200 mL水使胃腔在非低張狀態下充分充盈擴張。CECT掃描通過高壓注射器經手背靜脈以3.0~3.5 mL/s的注射速率注入碘對比劑,碘對比劑注射總量根據患者體重按1.5 mL/kg計算,碘對比劑濃度為300 mg/mL。隨后立即以相同的速率注射15 mL生理鹽水。分別在注射對比劑后25~30和55~65 s內行CECT動脈期及門靜脈期掃描。

1.3 NAC方案

所有入組患者均按2021版CSCO指南推薦的下述5個NAC方案中的任意一個方案進行規范化治療,具體的NAC方案包括XELOX方案、FOLFOX方案、SOX方案、DOS方案和FLOT4方案[2]。所有患者均在NAC結束后1周內接受根治性手術切除并D2區域淋巴結清掃。

1.4 進展期胃癌NAC后有無淋巴結轉移的判斷

納入本研究的所有進展期胃癌患者術中均進行D2區域內所有淋巴結清掃,術后病理學檢查結果顯示有淋巴結存在胃腺癌細胞即將該患者歸為有淋巴結轉移組(N+),反之則歸為無淋巴結轉移組(N-)。

1.5 進展期胃癌NAC前CECT圖像影像組學特征提取及療效預測模型建立

1.5.1 圖像勾畫

由1名有9年影像學診斷經驗的醫師使用ITKSNAP 3.8.0軟件分別觀察患者所有CECT動脈期及門靜脈期橫軸位圖像,選取病灶橫截面積最大層面并沿病灶邊緣勾畫2D的ROI(圖1)[9]。隨后由1名有20年以上診斷經驗的醫師在驗證集中按患者的檢查時間從前往后連續選擇40例患者,以同樣的方法再次獨立地勾畫ROI。2名醫師均未知患者其他的臨床病理學資料。

圖1 進展期胃癌患者CECT圖像上病灶ROI勾畫示例

1.5.2 影像組學特征提取

所有患者的動脈期、門靜脈期CECT圖像及其對應ROI均通過Analysis-kit軟件重采樣至1 mm×1 mm×1 mm體素大小。隨后使用Analysis-kit軟件每個病灶分別提取1 216個CECT動脈期或門靜脈期影像組學特征。采用組內相關系數(intraclass correlation efficient,ICC)評價2名醫師提取的40例患者胃癌病灶CECT影像組學特征的一致性;并對所有入組患者病灶的CECT動脈期和門靜脈期影像組學特征分別進行最大-最小值歸一化處理。

1.5.3 影像組學療效預測模型建立

使用開源免費影像組學分析軟件Feature explore進行影像組學特征降維及建模分析[10]。采用校準曲線對最佳影像組學模型的有效性進行驗證。

1.6 統計學處理

采用SPSS 25.0軟件進行統計學分析。其中計量資料符合正態分布者采用t檢驗,不符合正態分布者采用Mann-WhitneyU檢驗。計數資料比較采用χ2檢驗或Fisher精確概率檢驗,等級資料采用秩和檢驗。比較訓練集和驗證集間患者的臨床病理學參數的差異;比較訓練集和驗證集中NAC后無淋巴結轉移組與有淋巴結轉移組患者間臨床病理學參數的差異,篩選獨立且穩定的預測因子。最終聯合影像組學及臨床預測指標運用多因素logistic回歸建立最佳的臨床-影像組學療效預測模型。

2 結 果

2.1 一般資料

最終入組226例進展期胃癌患者。其中訓練集146例,男性121例,女性25例,年齡53.00~64.00歲,平均年齡60.00歲;驗證集80例,男性53例,女性27例,年齡47.25~66.00歲,平均年齡57.00歲。

2.2 臨床病理學參數比較及多因素logistic回歸分析

訓練集和驗證集中NAC后無淋巴結轉移組與有淋巴結轉移組間患者的臨床病理學參數比較詳見表1。除患者術前T分期、N分期和訓練集中患者的NAC方案、NAC前臨床N分期在有淋巴結轉移組(N+)與無淋巴結轉移組(N-)間差異有統計學意義外,訓練集和驗證集中有淋巴結轉移組與無淋巴結轉移組進展期胃癌患者間的臨床病理學參數差異均無統計學意義(P>0.05,表1)。多因素logistic回歸結果顯示,尚無能夠有效地預測進展期胃癌NAC后達到無淋巴結轉移狀態的臨床病理學指標(表2)。

表1 訓練集和驗證集中NAC后無淋巴結轉移與有淋巴結轉移的進展期胃癌患者間臨床病理學參數比較

表2 訓練集中進展期胃癌患者臨床病理學及影像學組學的單因素和多因素logistic回歸分析

續表

2.3 基于病灶CECT動脈期影像組學特征預測模型

在所選取的驗證集40例患者中,34例患者進行了CECT動脈期掃描。2名醫師測得胃癌病灶1 216個動脈期影像組學特征的ICC為0.695~0.894。入組患者中,訓練集136例(存在淋巴結轉移者46例)和獨立外部驗證集73例(存在淋巴結轉移者25例)患者同時還進行了CECT動脈期掃描。以Zscore_PCA_KW_6_GP方法建立的CECT動脈期影像組學預測模型在驗證集中預測效能最佳;訓練集和驗證集中曲線下面積(area under curve,AUC)分別為0.972和0.701(表3)。

2.4 基于病灶CECT門靜脈期影像組學特征預測模型

2名醫師測得訓練集中40例患者胃癌病灶1 216個CECT門靜脈期影像組學特征的ICC為0.684~0.933。本研究中所有入組患者(226例)均進行門靜脈期CECT掃描,其中以Zscore_PCA_KW_8_GP方法建立的CECT門靜脈期影像組學模型在驗證集中預測效能最佳;訓練集和驗證集中的AUC分別為0.917和0.736(表3)。校準曲線顯示驗證集中該預測模型與實際情況之間具有較好的一致性(圖2)。

圖2 進展期胃癌患者NAC后有無淋巴結轉移的最佳影像組學預測模型的性能分析

2.5 聯合病灶CECT動脈期和門靜脈期影像組學特征療效預測模型

僅納入NAC前同時進行CECT動脈期和門靜脈期掃描的患者構建影像組學療效預測模型,其中訓練集納入患者136例(術后淋巴結轉移者46例),獨立外部驗證集中納入73例(術后淋巴結轉移者25例)。聯合病灶動脈期及門靜脈期CT圖像的影像組學特征進行分析,訓練集和驗證集中每例患者共納入2 432個影像組學特征進行篩選及建模。結果顯示,以MinMax_PCA_ANOVA_18_NB方法建立的影像組學預測模型在驗證集中效能最佳。訓練集和獨立外部驗證集中AUC分別為0.862和0.684(表3)。

表3 進展期胃癌患者NAC前病灶CECT影像組學特征預測模型性能比較

3 討 論

對于進展期胃癌患者而言,僅有20%~30%的患者能夠通過NAC使胃癌病灶發生病理學緩解[11-12],進而獲得更好的預后[13]。但如果NAC能夠清除進展期胃癌患者體內的轉移淋巴結,不僅能夠有效地改善患者的遠期預后[5-8,14],同時還有助于降低部分如腹腔干或胃左動脈周圍存在轉移淋巴結的患者進行手術治療的難度和風險[15]。目前臨床醫師更加關注進展期胃癌患者進行NAC后能否達到術前無轉移淋巴結狀態[14],但僅有大約30%的進展期胃癌患者進行NAC后能夠達到術前無淋巴結轉移[4]。另外由于影像學檢查對進展期胃癌患者的轉移淋巴結與淋巴結反應性增生的鑒別診斷存在一定困難[16],部分短徑<10 mm的淋巴結亦可能存在轉移或淋巴結微轉移等情況[17],因而術前判斷進展期胃癌患者有無轉移淋巴結存在困難,其準確度最高僅為70%左右[18],這非常不利于患者的個體化治療和預后預測。有鑒于此,本研究通過回顧性分析進展期胃癌患者NAC前的CECT影像學資料以及臨床病理學資料,利用影像組學特征構建進展期胃癌患者NAC后術前有無淋巴結轉移的預測模型。

本研究結果顯示,治療前病灶CECT動脈期或門靜脈期的影像組學特征均有助于預測進展期胃癌患者NAC后能否達到無淋巴結轉移狀態。但是將病灶CECT動脈期及門靜脈期的影像組學特征進行聯合分析,并不能有效地提高預測效能。

本研究首次發現,NAC之前的進展期胃癌病灶CECT影像組學特征有助于預測患者術后有無淋巴結轉移,為臨床個體化治療、改善患者的預后提供重要的參考依據。同時本研究作為多中心研究,通過不同地域的患者作為獨立的外部驗證集,預測模型的結果更加穩定可靠,更具有普適性。既往研究[19]顯示,進展期胃癌病灶術前的CECT影像組學特征有助于判斷患者是否發生淋巴結轉移;同時胃癌原發病灶NAC之前的CECT影像組學特征能夠幫助預測胃癌NAC的療效[20-21]。由于轉移淋巴結內的腫瘤細胞來源于胃癌原發病灶,本研究與既往研究在某種程度上存在一致性和同理性。本研究中有、無淋巴結轉移的患者術后病理學T分期差異有統計學意義,證明NAC后進展期胃癌病灶的療效與患者是否存在淋巴結轉移之間具有一定的聯系。

本研究多因素logistic回歸分析結果顯示,進展期胃癌患者NAC前的臨床病理學參數尚無法有效地預測患者NAC后術前有無淋巴結轉移。本研究訓練集和驗證集入組的226例進展期胃癌患者中共有108例患者NAC前影像學評估存在淋巴結轉移,在這108例患者中,61例(26.99%)患者接受NAC,術后病理學檢查結果顯示無淋巴結轉移,說明NAC能夠有效地清除部分進展期胃癌患者體內的轉移淋巴結,與既往研究[4]結果一致。但同時本研究中21例(9.29%)NAC前N0期的進展期胃癌患者進行NAC后術后病理學檢查結果顯示發生了淋巴結轉移。由此可見,預測進展期胃癌患者NAC后有無淋巴結轉移具有非常重要的臨床意義。

本研究尚存在如下局限性:① 由于進展期胃癌NAC方案目前尚未統一,本研究僅納入按照2021版CSCO胃癌指南推薦的NAC方案進行化療的患者,與目前臨床上進展期胃癌患者的實際治療情況更加擬合,更具有臨床指導價值,但同時也帶來一定的選擇偏倚,且樣本量較?。虎?本研究為回顧性研究,不同患者間CECT掃描的CT機型、CT掃描方案以及圖像后處理程序存在一定的差異,針對患者的CECT掃描參數及圖像層厚也存在差異,我們通過對入組患者的CECT掃描圖像進行重采樣、對提取的病灶CECT影像組學特征參數進行歸一化處理等方法最大限度地避免了上述差異對影像組學模型的干擾[22-23];③驗證集中無淋巴結轉移組與淋巴結轉移組間進展期胃癌患者的NAC方案及NAC前臨床N分期存在一定差異,但即便如此,我們的預測模型在驗證集中展現出了良好的性能,說明此模型具有穩定性,能夠在現實的臨床條件下使用。

綜上所述,治療前CECT影像組學特征有助于預測進展期胃癌患者NAC后術前有無淋巴結轉移,為臨床制訂個體化的治療方案提供參考依據。

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