[摘要]影像組學(xué)是深度挖掘圖像潛在信息的新興熱門領(lǐng)域。與視覺分析相比，影像組學(xué)可更詳細(xì)地定量評估病變特征，發(fā)現(xiàn)和翻譯未知、潛在的信息，近年來已逐漸應(yīng)用于胃癌的組織病理學(xué)分級、腫瘤分期預(yù)測、鑒別診斷、治療療效及預(yù)后評估。本文就影像組學(xué)有關(guān)胃癌的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行綜述。

　　[關(guān)鍵詞]胃腫瘤,影像組學(xué),紋理特征

　　胃癌是常見的惡性腫瘤，患者預(yù)后差，早發(fā)現(xiàn)、早診斷及早治療對改善患者預(yù)后至關(guān)重要[1]。胃黏膜活檢是早期診斷胃癌的常用方法，但受限于取材范圍，診斷準(zhǔn)確性有限[2]，且不能評價腫瘤擴(kuò)散及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[3]。

　　目前治療胃癌已不再局限于單純手術(shù)或放化療，新輔助化療與傳統(tǒng)手術(shù)相結(jié)合、靶向藥物及腹腔灌洗等治療方法逐漸應(yīng)用于臨床。早期科學(xué)、量化地評價和預(yù)測腫瘤治療反應(yīng)及預(yù)后，有助于及時調(diào)整治療方案，減少藥物不良反應(yīng)，減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)CT、MRI、PET/CT等影像學(xué)檢查是診斷及監(jiān)測胃癌患者預(yù)后的重要手段，但不能觀察腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性及生物學(xué)性能等變化[4-5]。

　　影像組學(xué)可提供肉眼無法辨別圖像的客觀信息，能比視覺分析更詳細(xì)、定量地評估病變特征，發(fā)現(xiàn)和翻譯未知、潛在的信息[5-7]，近年來已逐漸應(yīng)用于胃癌的組織病理學(xué)分級、腫瘤分期預(yù)測、鑒別診斷、療效及預(yù)后評估。本文就影像組學(xué)在胃癌中的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行綜述。

　　1影像組學(xué)概述

　　影像組學(xué)是新興的影像學(xué)研究領(lǐng)域[8]，指從CT、MRI或PET等圖像中提取大量影像學(xué)特征，并進(jìn)行高通量定量分析，將圖像轉(zhuǎn)化為具有高分辨率、可重復(fù)及低冗余的可挖掘數(shù)據(jù)，采用有價值的目標(biāo)數(shù)據(jù)綜合評價腫瘤于各種空間、時間上的異質(zhì)性，包括基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、微環(huán)境、組織和器官等。影像組學(xué)的工作流程[6-7]如下：①圖像采集和圖像重建;②圖像分割及勾畫ROI(自動、半自動執(zhí)行或手動勾畫ROI);③特征提取和量化，此為影像組學(xué)的核心流程，提取ROI紋理特征參數(shù)，包括形狀或大小、一階直方圖或球面統(tǒng)計特征、二階直方圖或紋理、更高階的統(tǒng)計特征及其他特殊圖像的特征;提取的紋理特征數(shù)據(jù)量巨大，某些特征之間可能彼此高度相關(guān)或冗余，故數(shù)據(jù)降維是紋理分析的重要步驟;④特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析;⑤構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和模型驗證，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法獲得高精度和高效率預(yù)測模型[9-10]，以足量數(shù)據(jù)訓(xùn)練和驗證模型。

　　2影像組學(xué)在胃癌中的研究進(jìn)展

　　2.1胃癌鑒別診斷

　　胃腺癌、淋巴瘤及間質(zhì)瘤是胃部最常見的3種腫瘤。影像組學(xué)對于鑒別胃部病變具有重要價值。Ba-Ssalamah等[11]觀察47例胃腺癌(胃腺癌組)、15例胃間質(zhì)瘤(胃間質(zhì)瘤組)和8例胃淋巴瘤(胃淋巴瘤組)胃部動、靜脈期CT圖像的紋理特征，發(fā)現(xiàn)采用不同降維方法、不同機(jī)器學(xué)習(xí)方法及不同時期的紋理特征鑒別診斷胃腺癌與淋巴瘤、胃腺癌與胃間質(zhì)瘤及胃間質(zhì)瘤與淋巴瘤的效能不同，3組的紋理特征總熵、均值和差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，其中動脈期紋理特征對腫瘤鑒別的準(zhǔn)確率更高。

　　Ma等[12]通過勾畫三維ROI提取485個紋理特征，篩選最有價值的紋理特征，同時選用CT客觀特征(胃壁厚度、浸潤程度等)及臨床特征(年齡、性別等)，分別建立客觀特征模型、紋理特征模型及兩者組合模型，用于鑒別BorrmannⅣ型胃癌與原發(fā)性淋巴瘤，結(jié)果表明紋理特征模型的敏感度和特異度均較高，組合模型的AUC值(0.903)最高，敏感度為100%。上述研究結(jié)果提示，影像組學(xué)對胃部腫瘤具有較強(qiáng)的鑒別能力，可提高診斷胃癌的準(zhǔn)確率。

　　2.2胃癌組織病理學(xué)特征與紋理特征的相關(guān)性

　　建立胃癌圖像特征與組織病理學(xué)特征的聯(lián)系具有重要臨床意義，也是影像組學(xué)研究的重要方向。Liu等[13]分析胃癌患者術(shù)前CT圖像的紋理特征參數(shù)與組織病理學(xué)特征(胃癌分化程度、Lauren分型及有無神經(jīng)、血管浸潤)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)門靜脈期紋理參數(shù)平均衰減、最大衰減、所有百分位數(shù)和眾數(shù)與胃癌分化程度均顯著相關(guān);動脈期紋理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差和熵與Lauren分型呈顯著負(fù)相關(guān);根據(jù)門靜脈期的平均CT值、各百分位CT值、眾數(shù)等能區(qū)分彌漫型與腸型胃癌，依據(jù)動脈期的標(biāo)準(zhǔn)差、最小衰減和熵可鑒別胃癌是否存在血管浸潤。

　　此外，研究[14]表明，術(shù)前3.0TMRI的ADC圖相關(guān)各階熵可很好地評價胃癌有無血管、神經(jīng)浸潤。Liu等[15]分析胃癌患者CT圖像的紋理參數(shù)與免疫組織化學(xué)生物標(biāo)志物的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)動脈期、靜脈期的標(biāo)準(zhǔn)差、熵、高階熵等與E-鈣黏蛋白的表達(dá)水平顯著相關(guān)，動脈期的偏度、靜脈期的均值和自相關(guān)可區(qū)分Ki-67抗核抗原陰性與陽性表達(dá)的胃癌，靜脈期的熵和對比度與血管內(nèi)皮生長因子受體2的表達(dá)水平呈正相關(guān)。影像組學(xué)可提供更為客觀的與組織病理學(xué)、免疫組化標(biāo)志物相關(guān)的紋理信息，間接或直接反映腫瘤遷移、增殖和血管生成能力。

　　2.3胃癌分期、分級及轉(zhuǎn)移預(yù)測

　　影像學(xué)檢查是評估胃癌分期、分級及轉(zhuǎn)移的重要手段。進(jìn)展期胃癌常見腹膜轉(zhuǎn)移，但CT對體積較小(最大徑<1cm)的轉(zhuǎn)移癌敏感度較低。Liu等[16]分析153例胃癌患者術(shù)前CT圖像的紋理參數(shù)(平均值、最大頻率、眾數(shù)、偏度、峰度及熵)與術(shù)后TNM分期的相關(guān)性，單因素分析顯示根據(jù)最大頻率、動脈期偏度和靜脈期最大頻率可鑒別早期與晚期胃癌;動脈期最大頻率、熵等可預(yù)測腫瘤有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移;靜脈期最大頻率可評價腫瘤有無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移;T1期和T2期病變的偏度差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

　　研究[14]表明3.0TMRI的ADC圖像相關(guān)的一階和各角度二階熵與胃癌T分期、N分期和總分期顯著相關(guān)。Kim等[17]觀察經(jīng)手術(shù)證實有腹膜轉(zhuǎn)移癌、但術(shù)前CT未觀察到轉(zhuǎn)移征象的胃癌患者，發(fā)現(xiàn)其腹膜轉(zhuǎn)移癌的均值、熵和標(biāo)準(zhǔn)差均較高，對比度較低，且熵可單獨(dú)預(yù)測腹膜轉(zhuǎn)移癌。影像組學(xué)可檢出術(shù)前肉眼無法辨別的腹膜轉(zhuǎn)移，對胃癌分期、分級及預(yù)測轉(zhuǎn)移更為敏感、客觀，可為促進(jìn)個體化治療及改善預(yù)后提供依據(jù)。

　　2.4評價放化療反應(yīng)及手術(shù)預(yù)后

　　影像組學(xué)在腫瘤的放化療效果評價、預(yù)后預(yù)測中具有重要意義。Giganti等[18]對比分析胃癌CT圖像的紋理特征，單因素分析顯示14個紋理參數(shù)(包括一階參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差、游程長度矩陣的熵等)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義;多因素分析顯示熵、極差、均方根可區(qū)分術(shù)前輔助治療后原發(fā)病灶病理學(xué)完全緩解與非完全緩解胃癌，肯定了紋理特征預(yù)測化療反應(yīng)的潛在價值。

　　Hou等[19]觀察43例接受脈沖低劑量放射治療的晚期胃癌伴腹腔轉(zhuǎn)移患者的增強(qiáng)CT圖像的紋理特征，發(fā)現(xiàn)原發(fā)病灶病理學(xué)完全緩解組與非完全緩解組的一階熵、小區(qū)域低灰度權(quán)重、均值、聚類、熵及小區(qū)域權(quán)重差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，而用于預(yù)測治療反應(yīng)的2種機(jī)器學(xué)習(xí)模型(k近鄰分類及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的預(yù)測性能差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

　　Giganti等[20]分析胃癌患者術(shù)前CT圖像特征的生存曲線，發(fā)現(xiàn)紋理特征≤閾值與>閾值的患者生存率差異有統(tǒng)計學(xué)意義;且多因素分析表明紋理特征的均方根、平均絕對偏差與生存率呈負(fù)相關(guān)，熵、能量、最大CT值及偏度與生存率呈正相關(guān)。Yoon等[21]觀察人表皮生長因子受體2陽性的進(jìn)展期胃癌患者放化療后存活時間與治療前CT圖像紋理特征的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)對比度、方差及相關(guān)性等紋理特征閾值與≤閾值患者的生存率明顯不同，化療前圖像顯示異質(zhì)性的紋理特征越高，患者存活率越高，預(yù)測精確度>0.7。上述研究提示，紋理參數(shù)可能成為有臨床價值的影像學(xué)生物標(biāo)志物之一，用于預(yù)測胃癌放化療反應(yīng)及患者生存率。

　　3胃癌影像組學(xué)的挑戰(zhàn)與發(fā)展

　　目前胃癌影像組學(xué)仍處于研究階段，其發(fā)展仍面臨巨大挑戰(zhàn)：①技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，多數(shù)研究為回顧性研究，獲取和重建圖像的方法、圖像后處理的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，各項研究的圖像(CT、MRI、PET/CT)質(zhì)量各異，采用的圖像處理軟件也不同，且采用不同掃描儀所獲得的研究結(jié)果也存在差異;②多采用半自動或手動勾畫ROI，存在主觀性差異，提取特征的可重復(fù)性有待進(jìn)一步觀察，且以二維和三維ROI提取紋理參數(shù)的分析結(jié)果存在差異[22];③多為單中心研究，樣本量有限，而以有限樣本建立的預(yù)測模型需龐大的數(shù)據(jù)來驗證，包括單中心的內(nèi)部驗證及多中心的外部驗證。

　　④目前胃癌影像組學(xué)研究多針對診斷、治療或預(yù)后等單方面，多方面聯(lián)合研究的工作量較大且耗時，但有助于提高影像組學(xué)的臨床應(yīng)用價值;⑤胃部疾病的種類較多，但影像組學(xué)對胃部少見疾病的研究資料相對較少。胃癌影像組學(xué)未來發(fā)展的方向是建立統(tǒng)一標(biāo)注的數(shù)據(jù)庫，開發(fā)全自動標(biāo)準(zhǔn)化ROI勾畫軟件，擇優(yōu)應(yīng)用多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法。多中心合作是必然趨勢，大樣本量數(shù)據(jù)驗證是影像組學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。臨床醫(yī)生及影像科醫(yī)生應(yīng)密切合作，在影像組學(xué)機(jī)器模型中科學(xué)、量化地引入患者年齡、腫瘤標(biāo)志物等參數(shù)[23]。

　　借鑒結(jié)直腸癌[24]、肺癌[25]及乳腺癌[26]等影像組學(xué)方法，未來胃癌影像組學(xué)研究方向包括預(yù)測不同時期遠(yuǎn)處淋巴結(jié)及其他器官轉(zhuǎn)移，胃癌晚期靶向化療反應(yīng)的預(yù)測及評價，放化療對器官、組織損傷評估以及人表皮生長因子受體2等基因過表達(dá)與影像組學(xué)的相關(guān)性等。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]FerlayJ，SoerjomataramI，DikshitR，etal.Cancerincidenceandmortalityworldwide：Sources，methodsandmajorpatternsinGLOBOCAN2012.IntJCancer，2015，136(5)：E359-E386.

　　[2]熊曉玲.比較胃癌患者術(shù)前胃鏡活檢病理與外科術(shù)后病理的異同.中外醫(yī)學(xué)研究，2018，16(13)：73-74.

　　[3]仲其山，仲曉軍，周濤.鋇餐、CT及胃鏡應(yīng)用于胃癌診斷的對比分析.中國醫(yī)藥科學(xué)，2015，5(19)：190-192，195.

　　[4]TirkesT，HollarMA，TannM，etal.Responsecriteriainoncologicimaging：Reviewoftraditionalandnewcriteria.Radiographics，2013，33(5)：1323-1341.

　　[5]AlobaidliS，McQuaidS，SouthC，etal.Theroleoftextureanalysisinimagingasanoutcomepredictorandpotentialtoolinradiotherapytreatmentplanning.BrJRadiol，2014，87(1042)：20140369.

　　[6]LarueRT，DefraeneG，DeRuysscherD，etal.Quantitativeradiomicsstudiesfortissuecharacterization：Areviewoftechnologyandmethodologicalprocedures.BrJRadiol，2017，90(1070)：20160665.

　　[7]AvanzoM，StancanelloJ，ElNaqaI.Beyondimaging：Thepromiseofradiomics.PhysMed，2017，38：122-139.

　　[8]LambinP，Rios-VelazquezE，LeijenaarR，etal.Radiomics：Extractingmoreinformationfrommedicalimagesusingadvancedfeatureanalysis.EurJCancer，2012，48(4)：441-446.

　　相關(guān)醫(yī)學(xué)方向刊物推薦：《中華胃腸外科雜志》我刊創(chuàng)辦于1998年5月，目前是我國惟一的胃腸外科專業(yè)學(xué)術(shù)期刊。本刊的主要讀者對象為普通外科和胃腸外科及相關(guān)專業(yè)臨床、科研、教學(xué)的高、中級醫(yī)師。辦刊宗旨是：在貫徹執(zhí)行理論與實踐相結(jié)合、普及與提高相結(jié)合的方針，全面系統(tǒng)地反映國內(nèi)外胃腸外科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)動態(tài)，促進(jìn)我國胃腸外科的學(xué)科發(fā)展和學(xué)術(shù)交流。