袁 瑞,汪桃利,余文輝,張書楠,羅勝華,李運雷,王向榮,王家傳,郭海濤(廣州中醫(yī)藥大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院/深圳市中醫(yī)院.檢驗科;.腫瘤科;.放射科;.病理科;.胸外科,廣東深圳 518033)
全球癌癥(GLOBOCAN)2020 數(shù)據(jù)顯示,中國肺癌發(fā)病數(shù)和死亡數(shù)分別占全球的37.0%和39.8%,肺癌已成為全球惡性腫瘤發(fā)病率及癌癥相關(guān)死亡的主要原因,嚴(yán)重威脅人類健康[1]。臨床試驗已證實低劑量CT(Low-dose computerized tomography,LDCT)篩查可降低肺癌相關(guān)死亡率[2],提高肺癌早期檢出率,降低晚期肺癌發(fā)病率[3]。肺癌防治已經(jīng)成為我國惡性腫瘤防控面臨的重大挑戰(zhàn)。肺結(jié)節(jié)(pulmonary nodules,PN)性質(zhì)預(yù)測模型,旨在幫助臨床對PN 精準(zhǔn)管理,指導(dǎo)PN 風(fēng)險分層,實現(xiàn)肺癌早診斷。常見模型如梅奧診所(Mayo Clinic,Mayo)模型[4]、退伍軍人事務(wù)(Veterans Affairs,VA)模型[5]、Brock 大學(xué)(Brock University,Brock)模型[6]和北京大學(xué)(Peking University,PKU)模型[7]等是基于患者臨床特征和影像學(xué)特征構(gòu)建的,并未納入生物指標(biāo)進(jìn)行研究。廣州醫(yī)科大學(xué)(Guangzhou Medical University ,GZMU)模型[8]只包含一種生物指標(biāo)細(xì)胞角蛋白19 片段(cytokeratin 19 fragment,Cyfra 21-1)。目前國內(nèi)尚缺少經(jīng)過可靠外部驗證且預(yù)測準(zhǔn)確度高的模型。因此,創(chuàng)建新的PN 性質(zhì)預(yù)測模型顯得尤為迫切。本研究旨在綜合患者臨床病理特征、影像信息和生物指標(biāo)構(gòu)建準(zhǔn)確可靠的PN性質(zhì)預(yù)測模型,協(xié)助醫(yī)生對PN 進(jìn)行風(fēng)險分層,制定個體化診療方案。
1.1 研究對象 收集2019年1月~2023年2月在深圳市中醫(yī)院胸外科和腫瘤科接受手術(shù)切除或肺活檢,明確病理診斷的816 例PN 患者病歷資料進(jìn)行回顧性分析。入選標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn)參考中國肺癌低劑量螺旋CT 篩查指南(2018年版)[9]。剔除不符合納入標(biāo)準(zhǔn)者共113 例。其中,病歷資料不完整者37例,胸部CT 提示PN 最大直徑>30mm 者25 例,伴胸腔積液17 例,伴肺不張11 例,五年內(nèi)患有惡性腫瘤并接受治療或既往接受肺部手術(shù)15 例,伴肺結(jié)核活動期8 例。余下703 例隨機(jī)分成建模組(n=552,良性237 例,惡性315 例)和驗證組(n=151,良性85 例,惡性66 例)。本研究經(jīng)深圳市中醫(yī)院倫理學(xué)委員會批準(zhǔn),簽署知情同意書。
1.2 儀器與試劑 西門子X 線電子計算機(jī)斷層掃描儀SOMATOM Force 開源CT(德國西門子公司);雅培i 4000 SR 化學(xué)發(fā)光分析儀(美國雅培公司),試劑為美國雅培公司配套試劑包括癌胚抗原(CEA),鱗狀細(xì)胞癌抗原(SCCA),細(xì)胞角蛋白19 片段(CYFRA21-1)試劑盒、激發(fā)液、預(yù)激發(fā)液、沖洗液等。
1.3 方法
1.3.1 資料采集:臨床資料采集包括年齡、性別、吸煙史、戒煙史和癌癥家族史。影像學(xué)資料包括CT 肺窗上結(jié)節(jié)最大直徑、病變位置(肺上葉/中葉/下葉,左肺/右肺)、邊界清晰、分葉、毛刺、血管集束征、空泡、鈣化、支氣管充氣征、肺氣腫、結(jié)節(jié)性質(zhì)(密度)及胸膜凹陷、結(jié)節(jié)數(shù)目。血清生物學(xué)指標(biāo)包括CEA,SCCA,CYFRA21-1 等。
1.3.2 單變量分析:將建模組所有變量包括臨床病理特征、CT 信息和生物指標(biāo)等進(jìn)行單變量分析,篩選有統(tǒng)計學(xué)意義的變量。
1.3.3 多變量回歸分析:將上述篩選的變量進(jìn)行多元回歸分析,篩選獨立預(yù)測因子。
1.3.4 建模及驗證:將上述獨立預(yù)測因子納入logistic 回歸分析,得出各變量相關(guān)系數(shù)和常量,建立回歸方程,構(gòu)建PN 性質(zhì)預(yù)測模型。根據(jù)函數(shù)f(x)=ex/(1+ex),計算肺結(jié)節(jié)惡性概率。再將驗證組數(shù)據(jù)分別代入本模型(proposed model)與Mayo,VA,Brock,PKU, GZMU 模型計算PN惡性概率,繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線。根據(jù)曲線下面積(area under the curve,AUC)比較各模型的診斷效能。選取最佳臨界值確定靈敏度和特異度。
1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0 和MedCalc17.6進(jìn)行統(tǒng)計分析。計數(shù)資料表示為n(%),組間比較采用Pearson 卡方檢驗。計量資料表示為均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)或中位數(shù)(四分位數(shù)間距,IQR)[M(P25,P75)]。首先對計量資料進(jìn)行正態(tài)檢驗,再根據(jù)檢驗結(jié)果,組間比較正態(tài)分布采用獨立樣本t檢驗,非正態(tài)分布采用Mann-WhitneyU秩和檢驗。利用AUC 評價預(yù)測模型診斷效能。以P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 臨床特征 建模組與驗證組的臨床特征包括年齡(t=1.805,P=0.581)、性別(χ2=1.462,P=0.144)、吸煙史(χ2=0.632,P=0.428)、戒煙史(Z=1.465,P=0.143) 和癌癥家族史(χ2=1.343,P=0.180)進(jìn)行比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。
2.2 建模組和驗證組的單變量分析 見表1,2。將各變量進(jìn)行賦值:性別(女性=1,男性=0),過去或現(xiàn)在吸煙(是=1,否=0),癌癥家族史(是=1,否=0),位置(左肺=1,右肺=0;上葉=1,中葉或下葉=0),邊界清晰(是=1,否=0),分葉(是=1,否=0),毛刺(是=1,否=0),血管集束征(是=1,否=0),空泡(是=1,否=0),鈣化(是=1,否=0),支氣管充氣征(是=1,否=0),肺氣腫(是=1,否=0),結(jié)節(jié)性質(zhì)(部分實性或磨玻璃樣=1,實性=0)及胸膜凹陷(是=1,否=0)。單變量分析顯示,PN 良性與惡性患者除性別、肺左葉、結(jié)節(jié)數(shù)目、胸膜凹陷、空泡、支氣管充氣征、肺氣腫、吸煙史和戒煙年限外(P>0.05),其他影響因素包括年齡、癌癥家族史、結(jié)節(jié)最大直徑、結(jié)節(jié)性質(zhì)、肺上葉、鈣化、血管集束征、分葉、邊界清晰、毛刺以及血清CEA,SCCA,CYFRA21-1 差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
表1 建模組的單變量分析[±s,n(%),M(P25,P75)]

表1 建模組的單變量分析[±s,n(%),M(P25,P75)]
類 別良性(n=237)惡性(n=315)χ2/t/zP年齡(歲)61.5±13.468.9±12.37.10 <0.001性別(女)124(52.3) 178(56.5) 0.88 0.379吸煙史>5年46(19.4) 73(23.2)2.28 0.131戒煙12(7,21)13(8,15)0.58 0.562癌癥家族史7(3.0)28(8.9)8.01 0.005結(jié)節(jié)數(shù)目(個)3(1,3)3(1,3)1.69 0.090結(jié)節(jié)最大直徑(nm)6.1±2.312.3±6.713.21 <0.001結(jié)節(jié)性質(zhì)(部分實性或磨玻璃樣) 42(17.7)180(57.1)87.41 <0.001鈣化47(19.8) 52(16.5)1.01 0.043血管集束征53(22.4) 135(42.9) 25.3 <0.001肺上葉103(43.5) 174(55.2) 7.51 0.006肺左葉109(46.0) 165(52.4) 2.21 0.138胸膜凹陷47(19.8)73(23.2)0.89 0.346空泡48(20.3)82(26.0)2.51 0.113分葉51(21.5)109(34.6)11.23 0.004邊界清晰136(57.4)143(45.4)7.77 0.005肺氣腫55(23.2) 81(25.7)0.46 0.499支氣管充氣征43(18.1)70(22.2)1.38 0.240毛刺47(19.8)184(58.4)82.72 <0.001 CEA(ng/ml)1.8(1.2,2.7)2.9(1.7,4.5)8.25 <0.001 SCCA(ng/ml)1.0(0.6,1.7)1.4(0.7,2.6)3.84 <0.001 CYFRA21-1(ng/ml)2.7(2.0,3.8)3.6(2.5,4.8)6.30 <0.001
表2 驗證組的單變量分析[±s,n(%),M(P25,P75)]

表2 驗證組的單變量分析[±s,n(%),M(P25,P75)]
類 別良性(n=85)惡性(n=66)χ2/t/zP年齡(歲)61.0±12.667.9±10.53.56 <0.001性別(女)42(47.7) 38(57.5)0.98 0.320吸煙史>5年13(15.3) 17(25.7)2.54 0.111戒煙22(14,25)12(12,22)1.53 0.127癌癥家族史4(4.7)12(18.2)7.08 0.008結(jié)節(jié)數(shù)目(個)3(2,3)3(2,3)0.64 0.520結(jié)節(jié)最大直徑(nm)8.0±3.211.1±3.45.54 <0.001結(jié)節(jié)性質(zhì)(部分實性或磨玻璃樣) 23(27.0)43(65.2)7.69 0.005鈣化13(15.3)4(6.1)3.15 0.076血管集束征18(21.2) 35(53.0) 16.44 <0.001肺上葉30(35.3) 38(57.5)7.40 0.007肺左葉37(43.5) 23(34.8)1.16 0.281胸膜凹陷20(23.5)24(36.4)2.94 0.086空泡13(15.3)17(25.7)2.54 0.111分葉19(22.4)27(40.9)5.99 0.014邊界清晰41(48.2)15(22.7)10.29 0.001肺氣腫22(25.8) 21(31.8)0.64 0.424支氣管充氣征9(10.5)11(16.6)1.18 0.276毛刺9(10.5)25(37.8)15.76 <0.001 CEA(ng/ml)2.1(1.3,3.0)2.7(1.7,3.6)2.56 0.011 SCCA(ng/ml)1.3(0.8,1.8)2.5(1.1,3.2)4.92 <0.001 CYFRA21-1(ng/ml)2.6(1.9,3.7)3.7(3.1,4.7)4.79 <0.001
2.3 多變量回歸分析 將單變量分析篩選具有統(tǒng)計學(xué)意義的變量包括年齡、癌癥家族史、結(jié)節(jié)最大直徑、結(jié)節(jié)性質(zhì)、肺上葉、鈣化、血管集束征、分葉、邊界清晰、毛刺以及血清CEA,SCCA,CYFRA21-1 進(jìn)行多變量回歸分析,篩選出10 種獨立預(yù)測因子包括年齡、癌癥家族史、邊界、結(jié)節(jié)最大直徑、結(jié)節(jié)性質(zhì)、肺上葉,毛刺以及血清CEA,SCCA, CYFRA21-1 等。
2.4 Logistic 回歸分析及預(yù)測模型構(gòu)建 將上述篩選的10 種獨立預(yù)測因子納入Logistic 回歸分析,得出各變量相關(guān)系數(shù)和常量,見表3。建立回歸方程,X=(-6.318 8+0.020 8×年齡+0.573 2×肺上葉+0.527 4×CEA-0.928 4×邊界清晰+0.294 6×CYFRA21-1+0.294 0× 結(jié)節(jié)最大直徑+1.220 1×癌癥家族史+0.064 8×SCCA+1.461 5×毛刺+1.497 6×結(jié)節(jié)性質(zhì))。再根據(jù)函數(shù)f(x)=ex/(1+ex),計算肺結(jié)節(jié)惡性概率。

表3 肺結(jié)節(jié)性質(zhì)獨立預(yù)測因子的Logistic 回歸分析
2.5 本模型與其他模型的診斷效能比較 見圖1 和表4。本模型AUC 值高于其他5 種模型,本模型與Mayo 模型和VA 模型比較,AUC(0.799 vs 0.659,0.650)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=3.029,P=0.003;Z=2.638,P=0.008)。然而,本模型與Brock 模型、PKU模型、GZMU 模型比較,AUC(0.799 vs 0.762,0.773,0.799 vs 0.769)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=1.063,P=0.288;Z=0.686,P=0.493;Z=0.757,P=0.449)。診斷靈敏度最高為Brock 模型(90.9%),最低為VA模型(50.0%);特異度最高為VA 模型(76.5%),最低為Brock 模型(55.3%)。陽性似然比(positive likelihood ratio,+LR)最高為本模型(3.25);最低為Mayo 模型(1.86)。陰性似然比(negative likelihood ratio,-LR)最高為VA 模型(0.66),最低為PKU 模型(0.23)。診斷效能從大至小依次為:本模型、PKU,GZMU,Brock,Mayo,VA 模型。

圖1 本模型與其他模型的ROC 曲線比較

表4 本模型與其他模型的診斷效能比較
預(yù)測模型是一種具有客觀、精確、穩(wěn)定及可重復(fù)等優(yōu)點的評估工具,能夠協(xié)助首診醫(yī)生給予肺結(jié)節(jié)患者的肺癌風(fēng)險評估,根據(jù)惡性概率將患者進(jìn)行風(fēng)險分層,制定個體化診療方案,實現(xiàn)合理配置醫(yī)療資源的同時,達(dá)到患者利益最大化[10]。21世紀(jì)全球開展兩項大型隨機(jī)對照試驗,包括美國國立肺癌篩查試驗(NLST)[11]與荷蘭-比利時肺癌篩查試驗(NELSON)[12],研究表明,肺癌早篩查與早診治是降低人群肺癌死亡率的有效措施。最近,《柳葉刀》(THE LANCET)發(fā)表年度重磅肺癌篩查綜述[13],匯集當(dāng)前全球最新醫(yī)學(xué)證據(jù),針對全球當(dāng)前肺癌篩查現(xiàn)狀與未來方向,展開薈萃分析。隨機(jī)對照試驗表明,用于肺癌篩查的LDCT 有助于降低肺癌死亡率。指出肺癌發(fā)病率的地域差異,例如亞洲國家從未吸煙的人群中肺癌患者比例較高,需要特別注意改進(jìn)選擇標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險模型。本研究提示,是否吸煙對PN 惡性風(fēng)險無明顯影響,差異無統(tǒng)計學(xué)意義。這有別于歐美國家人群,可能因種族和地區(qū)差異所致。
本研究發(fā)現(xiàn)年齡、癌癥家族史、邊界清晰、肺上葉、結(jié)節(jié)直徑、結(jié)節(jié)性質(zhì)、毛刺及血清CEA,CYFRA21-1,SCCA,分葉、血管集束征、鈣化等為肺結(jié)節(jié)的影響因子。其中,前面10 個變量為獨立預(yù)測因子。除邊界清晰為保護(hù)性因素外,其余變量為肺結(jié)節(jié)惡性危險因素。獨立預(yù)測因子的優(yōu)勢比(odds ratio,OR)依大小排列為結(jié)節(jié)性質(zhì)、毛刺、癌癥家族史、CEA,CYFRA21-1,SCCA,直徑、年齡、肺上葉、邊界清晰。OR 值大于3 的分別是結(jié)節(jié)性質(zhì)、毛刺和癌癥家族史。磨玻璃結(jié)節(jié)(ground glass nodules,GGN),也被稱為毛玻璃結(jié)節(jié),指的是CT 影像表現(xiàn)為局限性的模糊密度增高影。如果肺泡腔內(nèi)存在少許黏液和包含的細(xì)胞量少時,CT影像表現(xiàn)為GGN;如果結(jié)節(jié)內(nèi)細(xì)胞或組織碎片大量堆積聚集、刺激膠原纖維成分大量增生時,CT影像則表現(xiàn)為混合磨玻璃結(jié)節(jié)(mixed ground glass nodules,mGGN)或部分實性結(jié)節(jié)(part-solid nodules,PSN )。研究發(fā)現(xiàn)PSN 或GGN 的惡性概率可能升高3.5 倍以上(OR= 4.5,95%CI:2.6~7.7),在建模組中,性質(zhì)為PSN 或GGN 的良性與惡性結(jié)節(jié)分別占17.7%與57.1%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。PSN 與肺腺癌相關(guān),其惡性率高于純GGN 和實性結(jié)節(jié)[14]。病理上,PSN 主要被證實為微浸潤和浸潤性腺癌,而純GGN 多為原位腺癌,有時為微浸潤腺癌[15]。
邊緣出現(xiàn)毛刺的結(jié)節(jié)惡性概率可能升高3.3倍以上(OR=4.3,95%CI:2.3~7.9),在建模組中,良性與惡性結(jié)節(jié)具有毛刺患者分別占19.8%和58.4%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。毛刺多由兩種因素形成,一是腫瘤周圍血管增生、增粗、牽拉引起,多表現(xiàn)為細(xì)短毛刺,二是病灶周圍肺纖維化。年齡較大,肺氣腫和毛刺的存在與惡性腫瘤有關(guān)[16]。具有癌癥家族史患者惡性概率可能升高2.4倍(OR=3.4,95%CI:1.1~10.9),在建模組中,良性與惡性結(jié)節(jié)具有癌癥家族史患者分別占3.0%和8.9%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.005)。肺癌家族史的個體比沒有肺癌家族史的患肺癌的風(fēng)險高2~3 倍。一級親屬中有癌癥家族史的個體與無癌癥家族史的個體相比,患肺癌的風(fēng)險增加約50%,且這種關(guān)聯(lián)不受性別、種族、組織學(xué)類型和其他已知肺癌危險因素的影響[17]。ANG 等[18]研究提示,有肺癌家族史的人群患肺癌的風(fēng)險明顯升高,可能因存在肺癌遺傳基因易感位點。研究顯示,在建模組中,良性與惡性肺結(jié)節(jié)平均直徑(6.1 mm vs 12.3 mm)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。其中,結(jié)節(jié)直徑大于10.0 mm 在良性與惡性組分別占12.0%和88.0%。LARICI 等[19]研究指出,結(jié)節(jié)大小和生長速度仍然是最廣泛使用的預(yù)測因子,用于評估結(jié)節(jié)惡性概率。結(jié)節(jié)的初始大小、生長速度與惡性風(fēng)險之間存在直接正比關(guān)系。這與本研究結(jié)果一致。盡管最近的指南引入了結(jié)節(jié)體積作為指標(biāo),到目前為止,結(jié)節(jié)管理一直基于結(jié)節(jié)直徑大小。
研究最多的肺癌生物標(biāo)志物包括CYFRA 21-1,CEA,SCCA 和NSE 等[20]。本研究顯示,生物標(biāo)志物OR 值依大小排列為CEA,CYFRA21-1,SCCA。生物標(biāo)志物在不同病理分型中的表現(xiàn)不同,腺癌的CEA 水平明顯高于其他類型。而非小細(xì)胞癌CYFRA21-1 具有較高表達(dá)。SCCA 異常高表達(dá)常見于鱗癌,包括肺癌、宮頸癌、卵巢癌等[21]。李輝等[22]研究發(fā)現(xiàn),與肺良性疾病組比較,肺癌組患者CEA,CYFRA21-1,NSE,ProGRP,SCCA,CA125和HE4 的水平均明顯升高。診斷性能評價中,單項檢測時,診斷肺癌AUC 最大的為CYFRA21-1,其次為CEA。而CEA,SCCA,NSE 分別對腺癌、鱗癌和小細(xì)胞肺癌具有最佳診斷效能,這與本研究結(jié)果相近。彭瑛等[23]研究提示,NSE,CYFRA21-1,CEA,CA125,CA153,CA199 和SCCA 等7 種標(biāo)志物中,SCCA 對肺癌診斷效能最高(AUC=0.817)。聯(lián)合標(biāo)志物的診斷效能優(yōu)于單一指標(biāo),CEA+CA125+CYFRA21-1 聯(lián)合應(yīng)用診斷肺癌效能更高。中華醫(yī)學(xué)會肺癌臨床診療指南[24]指出,胸部CT 可有效檢出早期周圍型肺癌、明確病變所在的部位和累及范圍。檢測肺癌相關(guān)的生物標(biāo)志物,有助于輔助診斷和早期鑒別診斷并預(yù)測肺癌病理類型。
研究顯示,PN 惡性風(fēng)險與年齡呈正比,PN 惡性風(fēng)險率從小至大依次為≤50 歲[惡性33 例/(良性64 例+惡性33 例),惡性風(fēng)險率34.0%,下同],>50 歲[348/(257+348),56.6%],>60 歲[283/(182+283),60.7%],>70 歲[170/(85+170),66.7%]。肺上葉結(jié)節(jié)發(fā)病率較高,原因可能為吸入的有毒或有害物質(zhì)首先進(jìn)入并聚集于肺上葉,引起局部組織慢性炎癥、增生、惡變。
似然比(LR)是反映診斷真實性的一種指標(biāo),屬于同時反映靈敏度和特異度的復(fù)合指標(biāo)。本研究構(gòu)建模型+LR 最高(3.25)。與Mayo,VA 等模型比較,本模型具有較高PPV 和NPV,且本模型AUC 值高于其他5 種模型。這可能歸因于本研究參數(shù)更為全面,構(gòu)建的模型更科學(xué)合理。研究提示,根據(jù)回歸分析得出的OR 值不同,經(jīng)計分確認(rèn)OR 的權(quán)重如下:臨床特征24.4%(4.76/19.55),CT 信息54.6%(10.68/19.55),生物指標(biāo)21.0%(4.11/19.55)。可見,CT 信息權(quán)重最大,尤其結(jié)節(jié)性質(zhì),如果體檢發(fā)現(xiàn)部分實性結(jié)節(jié)(PSN)或肺磨玻璃結(jié)節(jié)(GGN),應(yīng)該根據(jù)惡性概率高低確定其危險度定期復(fù)查。其次,存在癌癥家族史和(/或)生物指標(biāo)異常,應(yīng)根據(jù)預(yù)測模型計算結(jié)果分析判斷,確定是否干預(yù)。
誠然,本模型存在一定局限,比如樣本量偏小,缺乏大量外部數(shù)據(jù)驗證。由于神經(jīng)元烯醇化酶(NSE)檢測結(jié)果受樣本溶血及樣本周轉(zhuǎn)時間等因素干擾較大,胃泌素釋放肽前體目前尚未開展,故這兩個項目未納入研究。再者,影像信息尚未將空洞、衛(wèi)星灶、支氣管截斷征、暈征、結(jié)節(jié)周圍支擴(kuò)征、結(jié)節(jié)周圍炎癥等納入研究。
綜上所述,本預(yù)測模型具有較高的PN 性質(zhì)預(yù)測準(zhǔn)確度,可幫助臨床提高診斷準(zhǔn)確度,使患者得到早診斷和早干預(yù),避免過度醫(yī)療,值得推廣應(yīng)用。
現(xiàn)代檢驗醫(yī)學(xué)雜志2024年1期