李雨奇，羅曉燕，張鵬博，韓婷婷，蓋立俊 (內(nèi)蒙古赤峰市醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

肺癌是發(fā)病率和病死率均較高的惡性腫瘤[1]，其中非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)約占85%。對(duì)于初次診斷為NSCLC的患者，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)的精確評(píng)價(jià)對(duì)其治療方案的選擇起著重要作用[2]，這就對(duì)影像學(xué)提出了更高的要求。由于18F-氟代脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描(18F-FDG PET)/CT在肺部腫瘤良惡性鑒別的優(yōu)勢(shì)及相對(duì)系統(tǒng)、全身評(píng)估的影像特長(zhǎng)，臨床越來(lái)越傾向于選擇18F-FDG PET/CT檢查來(lái)對(duì)NSCLC進(jìn)行診斷與分期[3]；然而，18F-FDG PET/CT檢查存在假陽(yáng)性和假陰性[4-5]。惡性腫瘤有更高的代謝率，可比正常組織細(xì)胞攝取更多的FDG；有研究通過(guò)18F-FDG PET/CT原發(fā)腫瘤FDG代謝參數(shù)的異質(zhì)性預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，結(jié)果顯示對(duì)于隱匿性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)具有較高準(zhǔn)確率[6]。本研究通過(guò)原發(fā)灶的常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT顯像影像組學(xué)特征多期相、多參數(shù)地進(jìn)一步精準(zhǔn)預(yù)測(cè)NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集我院2019年12月至2022年1月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為NSCLC并明確有無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的101例患者的術(shù)前常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT圖像，其中男61例，女40例；年齡(61±8)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)組織病理學(xué)或細(xì)胞學(xué)確診為NSCLC；②PET/CT顯像前未接受任何肺癌的特異性治療(包括放療、化療、靶向治療及免疫治療)；③縱隔或肺門淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)；④肺部原發(fā)病灶最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUVmax)>1。排除標(biāo)準(zhǔn)：①臨床資料不完整；②有2個(gè)及以上肺內(nèi)原發(fā)病灶；③既往有其他惡性腫瘤。

1.2 圖像采集

采用Siemens Biograph mCT(64)型PET/CT儀，18F-FDG由住友HX-10回旋加速器生產(chǎn)并通過(guò)自動(dòng)合成模塊合成，放化純度>95%。為了減少偏倚，需要嚴(yán)格規(guī)范顯像流程并全程質(zhì)控，本項(xiàng)目按照中華醫(yī)學(xué)會(huì)核醫(yī)學(xué)分會(huì)制定的規(guī)范[7]完成PET/CT機(jī)器質(zhì)量控制，并參照相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行PET/CT顯像。PET/CT顯像：檢查前患者空腹血糖水平控制在11.1 mmol/L以下。按5.55 MBq/kg靜脈注射18F-FDG，注射后處于安靜、光線較暗、溫度適宜的環(huán)境中靜息60 min。顯像時(shí)患者取仰臥位，雙臂上舉抱頭，囑患者平靜呼吸，掃描范圍為顱頂至雙側(cè)股骨中段，先進(jìn)行CT掃描，電流采用CARE Dose4D，參考電流350 mA，電壓120 kV，重建層厚3.0 mm，然后行PET掃描，掃描速度1.9 mm/s，F(xiàn)WHW 2 mm，ZOOM 1.0，F(xiàn)ilter:Gaussian，重建算法：TrueX+TOF。采集完成后機(jī)器自動(dòng)對(duì)PET圖像進(jìn)行衰減校正得到校正PET圖像。延遲顯像為軀干PET/CT采集結(jié)束后45～60 min再次進(jìn)行的胸部PET/CT顯像，掃描參數(shù)同上。

1.3 圖像處理及特征參數(shù)提取

在PACS上將PET圖像以DICOM格式導(dǎo)出，由兩名高年資影像學(xué)醫(yī)師協(xié)商選擇原發(fā)病灶并應(yīng)用3D Slicer的PET Tumor Segmentation自動(dòng)勾畫PET原發(fā)病灶范圍，勾畫滿意后導(dǎo)入Radiomics提取原發(fā)灶影像組學(xué)特征，常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT圖像分別得到掩模校正特征、大小和形狀特征、一階特征、灰度共生矩陣特征、灰度相關(guān)矩陣特征、灰度行程矩陣特征、灰度區(qū)域大小矩陣特征和鄰域灰度差矩陣特征共8類117個(gè)影像組學(xué)特征。

1.4 參數(shù)選擇及模型構(gòu)建

采用Python 3.8.8進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、特征篩選、模型建立及模型驗(yàn)證。每例患者分別獲得常規(guī)及延遲顯像影像組學(xué)特征各117個(gè)。PET影像組學(xué)特征診斷分為三種模式：常規(guī)顯像模式(a)、延遲顯像模式(b)和常規(guī)+延遲顯像模式(c)。參數(shù)選擇及模型構(gòu)建：先經(jīng)t檢驗(yàn)，篩選與肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移高度相關(guān)的特征，然后通過(guò)LASSO回歸降維進(jìn)行特征篩選，構(gòu)建診斷模型。建立支持向量機(jī)(supportvectormachine，SVM)模型與受試者工作特征(receiveroperatingcharacteristic，ROC)曲線評(píng)估模型對(duì)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)效果，計(jì)算靈敏度、特異度、曲線下面積(areaunderthecurve，AUC)、訓(xùn)練組預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率、測(cè)試組預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用MedCalc軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，通過(guò)Delong檢驗(yàn)進(jìn)行AUC比較，并繪制校準(zhǔn)曲線，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 特征篩選

基于三種影像組學(xué)模式，通過(guò)LASSO回歸模型分別篩選出包含9、6、15個(gè)特征的最優(yōu)子集進(jìn)行NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)，具體分布見(jiàn)表1。

表1 三種影像組學(xué)模式篩選特征數(shù)(個(gè))

2.2 診斷效能

三種不同影像組學(xué)模式預(yù)測(cè)NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移均有良好的效果，診斷效能見(jiàn)表2。

表2 三種不同影像組學(xué)模式的診斷效能

2.3 診斷效能比較

通過(guò)兩兩Delong比較，雙期顯像模式的診斷效能均優(yōu)于單期顯像模式；而單期間的比較差異無(wú)顯著性。ROC曲線比較見(jiàn)圖1，具體參數(shù)見(jiàn)表3。

圖1 基于三種影像組學(xué)模式預(yù)測(cè)NSCLC效能ROC比較

表3 三種影像組學(xué)模式AUC兩兩Delong比較

3 討論

肺部PET/CT影像組學(xué)特征的診斷模型已經(jīng)被用于結(jié)節(jié)檢測(cè)、良惡性鑒別、組織學(xué)分型、臨床分期和基因表達(dá)預(yù)測(cè)等多個(gè)方面[8]。國(guó)內(nèi)研究分析指出，單一運(yùn)用PET半定量參數(shù)并不能全面反映腫瘤異質(zhì)性，PET/CT圖像人工閱片主觀性較強(qiáng)，不能滿足診斷客觀性的需求；PET/CT影像組學(xué)是進(jìn)行數(shù)學(xué)模式分析,通過(guò)復(fù)雜多變的數(shù)學(xué)方法量化體素之間的相互關(guān)系，很好地彌補(bǔ)了相應(yīng)缺陷[9]。本研究應(yīng)用常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)探討NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)模型，以期在提高特征數(shù)量方面作一探索。

常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT為常規(guī)顯像后加掃局部延遲顯像，不需要額外增加18F-FDG注射劑量就可以獲得更多的影像學(xué)信息，尤其是可以反映病灶糖代謝的變化，展現(xiàn)病灶的異質(zhì)性。既往研究提示，18F-FDG PET/CT雙時(shí)相顯像中滯留系數(shù)對(duì)篩查超早期鼻咽癌具有增益價(jià)值[10]。Yamanaka等[11]研究提示，雙時(shí)相PET/CT FDG攝取的半定量評(píng)估以及SUVmax的變化率是診斷肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的重要參數(shù)，進(jìn)一步指出有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的肺癌原發(fā)灶SUVmax各時(shí)相均高于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者。由此可見(jiàn)，腫瘤的異質(zhì)性在FDG代謝動(dòng)態(tài)變化方面仍有明顯的體現(xiàn)。本研究基于既往研究提出的常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)模型，通過(guò)增加動(dòng)態(tài)變化的異質(zhì)性信息，極大地豐富了影像組學(xué)的圖像特征，提高了影像組學(xué)診斷的準(zhǔn)確性，證實(shí)了常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)模型在預(yù)測(cè)NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移方面優(yōu)于單獨(dú)常規(guī)18F-FDG PET/CT及單獨(dú)延遲18F-FDG PET/CT影像組學(xué)模型。同時(shí)，對(duì)于影像組學(xué)病灶分割中病灶識(shí)別及病灶勾畫兩個(gè)核心部分[12]，本研究通過(guò)3D Slicer自動(dòng)完成病灶勾畫并通過(guò)高年資影像醫(yī)師的驗(yàn)證，確保了操作的可重復(fù)性及準(zhǔn)確性。

Yoo等[13]通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)縱隔淋巴結(jié)的影像組學(xué)特征輔助PET/CT診斷取得了相對(duì)滿意的結(jié)果，但由于早期轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)往往體積較小且PET/CT上代謝不高，很難直接從影像上準(zhǔn)確顯現(xiàn)，所以通過(guò)原發(fā)灶圖像特征預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的方法學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。有研究證實(shí)，18F-FDG PET/CT腫瘤原發(fā)灶代謝參數(shù)對(duì)NSCLC隱匿性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有預(yù)測(cè)價(jià)值，并提出原發(fā)灶SUVmax與肝SUVmean的比值是NSCLC患者隱匿性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[14]。Zhong等[15]的研究顯示，基于CT的原發(fā)腫瘤影像組學(xué)特征可用于肺腺癌隱匿性縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的定量、無(wú)創(chuàng)預(yù)測(cè)。梁明玉[16]的研究顯示肺癌表皮生長(zhǎng)因子受體的表達(dá)可通過(guò)PET/CT代謝參數(shù)及影像組學(xué)等予以預(yù)測(cè)。Zheng等[17]通過(guò)肺原發(fā)腫瘤PET/CT的影像組學(xué)特征提出了預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷模型。本研究關(guān)注腫瘤代謝方面的異質(zhì)性，在既往研究關(guān)注腫瘤代謝參數(shù)的基礎(chǔ)上[18]，應(yīng)用原發(fā)腫瘤的雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)特征，通過(guò)t檢驗(yàn)及LASSO回歸篩選特征建立模型，使預(yù)測(cè)模型愈趨準(zhǔn)確。

綜上所述，常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)模型可用于預(yù)測(cè)NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，可為臨床提供更精準(zhǔn)的診斷信息，為常規(guī)+延遲雙期18F-FDG PET/CT影像組學(xué)模型在其他腫瘤的應(yīng)用提供參考。但本研究樣本量偏少，未對(duì)肺門淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移加以區(qū)分，未來(lái)需增加樣本量進(jìn)行更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)研究。