陳東明，金觀橋

[廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心(醫(yī)學(xué)影像科)，廣西 南寧 530021]

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是起源于鼻咽黏膜上皮的頭頸部惡性腫瘤，在我國南方發(fā)病率較高，尤以廣西、廣東兩省發(fā)病率和死亡率最高[1]。隨著調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)的廣泛應(yīng)用和化學(xué)治療(簡稱化療)策略的優(yōu)化，NPC預(yù)后有了較大改善，5年局部無復(fù)發(fā)生存(local recurrence free survival，LRFS)率已達(dá)83.0%～91.8%，5年區(qū)域無復(fù)發(fā)生存(regional recurrence free survival，RRFS)率91.0%～96.4%[2-3]；但仍有約10%患者經(jīng)IMRT或IMRT聯(lián)合化療后出現(xiàn)局部或區(qū)域復(fù)發(fā)，約15%～30%經(jīng)根治性治療后出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[4]。影像組學(xué)可從大量醫(yī)學(xué)圖像中以高通量提取并分析高維定量影像學(xué)特征，反映腫瘤潛在異質(zhì)性，對診斷腫瘤、評價(jià)療效及預(yù)測預(yù)后等具有重要應(yīng)用價(jià)值[5]。本文對影像組學(xué)在NPC診療過程中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 診斷與鑒別診斷

術(shù)前確診NPC需經(jīng)鼻咽內(nèi)鏡切取組織進(jìn)行活檢，NPC可與腺樣體共存或隱匿在腺樣體組織中[6]，給準(zhǔn)確取材造成一定困難，影像組學(xué)有望協(xié)助解決這一臨床難題。TSAI等[7]研究表明，增強(qiáng)CT紋理分析有助于鑒別NPC與正常腺樣組織。MRI的軟組織對比度優(yōu)于CT，將其作為圖像來行影像組學(xué)分析，或可更好地協(xié)助臨床活檢。影像組學(xué)對于鑒別NPC與鼻咽部炎癥同樣具有重要價(jià)值。LV等[8]研究證實(shí)，基于PET/CT影像組學(xué)特征可鑒別NPC與慢性炎癥，準(zhǔn)確率高于最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值等傳統(tǒng)指標(biāo)；且影像組學(xué)特征的絕對尺度魯棒性較差并不一定代表其鑒別疾病效能不佳，提示不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)影像組學(xué)特征的魯棒性。DU等[9]進(jìn)一步提出特征選擇和分類方法的最佳組合形式，以提高影像組學(xué)鑒別NPC復(fù)發(fā)與炎癥的效能。姚佳佳等[10]發(fā)現(xiàn)，基于CT影像組學(xué)特征建立模型可有效區(qū)分上行型與下行型NPC，有助于臨床有針對性地制訂治療策略。結(jié)合臨床信息構(gòu)建模型將進(jìn)一步提高診斷效能。

2 評估療效

考慮到腫瘤的解剖位置和放射敏感性，對NPC的主要治療方案是以放射治療(簡稱放療)為主的個(gè)體化綜合治療。早期、有效且準(zhǔn)確評估放、化療療效是選擇和調(diào)整治療方案的重要參考依據(jù)。PENG等[11]建立PET/CT影像組學(xué)模型，將NPC患者分為低風(fēng)險(xiǎn)組和高風(fēng)險(xiǎn)組，組間5年無病生存期(disease free interval,DFI)存在顯著差異；該模型的18個(gè)特征均與DFI率顯著相關(guān)，以之進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層及選擇指導(dǎo)誘導(dǎo)化療(induction chemotherapy，IC)方案的效果優(yōu)于基于血漿EB病毒DNA模型。ZHAO等[12]證實(shí)MRI紋理特征評估IC療效同樣具有良好效能。治療前借助影像組學(xué)模型對患者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層和治療后準(zhǔn)確評估療效均有利于制定并調(diào)整個(gè)體化治療策略，以避免不必要的不良反應(yīng)和醫(yī)療費(fèi)用。XU等[13]開發(fā)了MRI影像組學(xué)模型預(yù)測頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)對放、化療的反應(yīng)，并加以驗(yàn)證；但目前未見基于原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的影像組學(xué)特征模型。

3 放療相關(guān)并發(fā)癥

放射性口干癥是放療常見并發(fā)癥之一。WU等[14]觀察59例頭頸部腫瘤患者(包括34例NPC)的CT影像組學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)IMRT過程中腮腺相關(guān)特征均有明顯變化，根據(jù)其所提出的CT口干燥癥評分(CT-based xerostomia score，CTXS)進(jìn)行評估的結(jié)果與口干燥癥分級結(jié)果呈顯著正相關(guān)，以之預(yù)測口干燥癥嚴(yán)重程度準(zhǔn)確率為79%～98%；依據(jù)治療第5周CTXS結(jié)果預(yù)測放療完成后口干燥癥程度的準(zhǔn)確率及敏感度均為100%。放射性顳葉損傷(radiation-induced temporal lobe injury，RTLI)是放療后主要神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，尤其對于T3或T4期患者[15]。ZHANG等[16]從MRI中提取內(nèi)側(cè)顳葉與早期RTLI相關(guān)性最強(qiáng)的20個(gè)影像組學(xué)特征，并成功建立3個(gè)模型，其預(yù)測RTLI的曲線下面積(area under the curve，AUC)分別為0.872、0.836及0.780。以上模型均有助于判斷是否需要對后續(xù)治療進(jìn)行調(diào)整。

4 預(yù)測預(yù)后

TNM分期對于風(fēng)險(xiǎn)分層及評估預(yù)后等的作用至關(guān)重要，但TNM分期相同的不同患者的預(yù)后卻可不同[17]。傳統(tǒng)TNM分期僅以大體解剖為基礎(chǔ)，未考慮腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性。影像組學(xué)可定量分析腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，對于評估預(yù)后擁有巨大潛力。ZHUO等[18]成功利用MRI紋理特征對非轉(zhuǎn)移NPC患者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分層，其穩(wěn)定性優(yōu)于T分期。BOLOGNA等[19]的研究亦證實(shí)影像組學(xué)可預(yù)測晚期NPC患者總生存期。影像組學(xué)特征與臨床信息相結(jié)合可為準(zhǔn)確評估預(yù)后提供更多信息。LV等[20]聯(lián)合應(yīng)用PET和/或CT特征及臨床資料(年齡、性別、TNM分期及血漿EB病毒DNA等)建立預(yù)測NPC預(yù)后模型，發(fā)現(xiàn)其預(yù)測效果明顯優(yōu)于單一模型。另有研究[21]顯示，結(jié)合血漿EB病毒DNA和PET/CT圖像紋理特征可細(xì)化未轉(zhuǎn)移和已轉(zhuǎn)移NPC患者的預(yù)后分層。SHEN等[22]同樣發(fā)現(xiàn)加入血漿EB病毒DNA可提高M(jìn)RI影像組學(xué)模型預(yù)測預(yù)后的準(zhǔn)確率。LEE等[23]認(rèn)為原發(fā)腫瘤和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移瘤的生物學(xué)特性并不相同，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)可能需要考慮在原發(fā)腫瘤影像組學(xué)信息中加入轉(zhuǎn)移區(qū)域淋巴結(jié)的信息。以上研究均直接分析整個(gè)腫瘤的紋理特征，而瘤內(nèi)不同區(qū)域存在異質(zhì)性，可能反映不同的生物學(xué)行為[24]；忽略這些細(xì)微差異可能導(dǎo)致影像組學(xué)生物標(biāo)志物的能力受到限制。

XU等[25]綜合分析PET/CT識別的腫瘤內(nèi)表型一致的亞區(qū)，并構(gòu)建多區(qū)域影像組學(xué)生物標(biāo)志物，用以預(yù)測患者接受放療或同步放、化療后的無進(jìn)展生存期(progression free survival，PFS)，結(jié)果顯示根據(jù)分區(qū)生物標(biāo)記物預(yù)測PFS的效能優(yōu)于全腫瘤生物標(biāo)記物。WU等[26]發(fā)現(xiàn)早期和晚期鼻咽癌MRI影像組學(xué)特征存在差異，僅基于T1～T2期或T3～T4期特征預(yù)測NPC預(yù)后的效能優(yōu)于基于整個(gè)數(shù)據(jù)集，提示對影像組學(xué)特征進(jìn)行更細(xì)致的分層可提高預(yù)測效能。ZHANG等[27]從預(yù)處理MRI中提取影像組學(xué)特征，自活檢標(biāo)本的全視野數(shù)字切片中提取組織病理學(xué)特征，并加入獨(dú)立的臨床預(yù)后因素，由此構(gòu)建多維度諾模圖，并發(fā)現(xiàn)臨床、組織病理學(xué)和影像組學(xué)特征存在互補(bǔ)作用，多維度諾模圖預(yù)測治療失敗的效能優(yōu)于臨床模型?；诓煌S度(個(gè)體、組織、細(xì)胞及分子等)特征構(gòu)建聯(lián)合模型將是未來的發(fā)展趨勢。

5 復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移

NPC復(fù)發(fā)與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致治療失敗的主要原因，但治療過程中難以監(jiān)測腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移；影像組學(xué)為此提供了新的解決途徑。AKRAM等[28]發(fā)現(xiàn)治療前復(fù)發(fā)和非復(fù)發(fā)區(qū)域NPC的MRI影像組學(xué)特征存在差異，利用這些差異可于治療前識別腫瘤內(nèi)放射抵抗區(qū)域，必要時(shí)及時(shí)改變放療策略。LI等[29]基于治療前頻譜選擇性衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)T2WI影像組學(xué)特征，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建模型，可成功早期預(yù)測腫瘤放射野內(nèi)復(fù)發(fā)。ZHANG等[30]基于預(yù)處理MRI建立的包含臨床資料的影像組學(xué)列線圖具有良好的預(yù)測局部復(fù)發(fā)能力，并成功將患者分為低危及高危組，組間LRFS差異顯著；其另一項(xiàng)研究[31]建立的模型則可成功預(yù)測NPC遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。PENG等[32]通過分析預(yù)處理PET/CT影像組學(xué)特征成功預(yù)測局部晚期NPC局部區(qū)域復(fù)發(fā)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，將序列浮動前向選擇(sequential floating forward selection，SFFS)特征篩選與支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)分類器相結(jié)合，得到的優(yōu)化特征集復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移的AUC為0.829，敏感度為84.38%，特異度為77.36%，提示將機(jī)器學(xué)習(xí)選擇特征與影像組學(xué)中的經(jīng)典分類器相結(jié)合，可采用有限訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)一步提升影像組學(xué)分類或預(yù)測模型的準(zhǔn)確率和可靠性。

6 挑戰(zhàn)與展望

雖然影像組學(xué)在診斷NPC、評估療效、預(yù)測并發(fā)癥、預(yù)后及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移等方面均已取得部分成果，但仍有諸多問題亟待解決[33]：①不同醫(yī)療單位所用掃描設(shè)備及成像參數(shù)不同，圖像后處理方法存在極大差別，尚未建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；②目前主要采用手動或者半自動方法勾畫ROI，操作者主觀因素影響明顯，可重復(fù)性差；③提取影像組學(xué)特征所用軟件及構(gòu)建模型方法多種多樣，導(dǎo)致研究成果的可比性差；④現(xiàn)有NPC影像組學(xué)研究多為小樣本、單中心回顧性研究，需要高質(zhì)量、大樣本、多中心前瞻性研究進(jìn)一步驗(yàn)證和探索。影像組學(xué)是醫(yī)工結(jié)合的新領(lǐng)域，相關(guān)研究在NPC診療過程中展現(xiàn)出巨大潛在應(yīng)用價(jià)值。相信隨著上述問題的逐一解決，影像組學(xué)與基因組學(xué)、蛋白組學(xué)或代謝組學(xué)等生物標(biāo)志物相結(jié)合，將發(fā)揮越來越重要的作用。