基于CT的影像組學特征對非小細胞肺癌放射治療效果的評估價值

陳 彥，姜立朋

(1.錦州醫科大學，遼寧 錦州 121001；2.赤峰學院附屬醫院放療科，內蒙古 赤峰 024000；3.錦州醫科大學附屬第一醫院放療科，遼寧 錦州 121001)

非小細胞肺癌(Non-small cell lung cancer，NSCLC)是臨床常見的呼吸道惡性腫瘤，以咳嗽、咯血、發熱、呼吸困難等為主要癥狀，致死率較高[1]。手術切除是NSCLC患者的首選治療方法[2]。但對于不能手術的患者來說，立體定向放射治療(Stereotactic body radiation therapy，SBRT)已成為主要的治療手段[3-4]。已有研究[5]表明，SBRT對NSCLC患者具有良好的治療效果，可明顯提高患者的3年總生存率，但目前對于SBRT療效及預后評估缺乏敏感性較高的檢測方法。CT是臨床常用的NSCLC輔助診斷方法，基于影像組學的數據分析，將自動化的數據特征轉化為可量化挖掘的影像特征數據，實現了腫瘤分期、基因分析和預后預測，為臨床疾病的診療提供準確的參考依據[6-7]。基于CT的影像組學特征分析在NSCLC臨床分期中的應用價值已得到證實[8]，但有關其對SBRT療效評估價值的研究報道較少。因此，本研究探討基于CT影像組學特征建立的模型對SBRT療效的評估價值，以期為臨床提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2018年1月至2021年1月在本院就診的NSCLC患者90例，按隨機數字表法分為訓練組(45例)和驗證組(45例)。病例納入標準：①臨床檢查符合NSCLC的診斷標準[9]，且均經手術病理檢查確診；②所有患者均接受SBRT，并于治療前行CT掃描；③患者性別不限，年齡≥18歲；④患者一般臨床資料及CT影像學資料完整；⑤隨訪時間≥3個月。排除標準：①既往存在化療史；②合并其他惡性腫瘤；③存在N3期淋巴結轉移或遠處轉移。

1.2 研究方法

1.2.1 收集資料：收集患者性別、年齡、吸煙史、腫瘤最大徑、腫瘤分型、腫瘤位置、手術病理分期、處方劑量、血清吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)活性和癌胚抗原(CEA)水平等資料。其中，采用高效液相色譜法檢測色氨酸(Trp)與犬尿氨酸(Kyn)濃度，以Kyn/Trp為IDO值，正常參考值≥0.034[10]；采用化學發光免疫法檢測CEA水平，正常參考值為≤5.0 ng/ml[11]。

1.2.2 CT掃描：所有患者均采用64層螺旋CT行胸部平掃及增強掃描。掃描參數：管電壓120 kV，管電流160 mAs，準直器0.625 mm，層厚1.25 mm，矩陣512×512，FOV 350 mm×350 mm。平掃結束后，使用雙筒高壓注射器于肘靜脈注射對比劑釓雙胺(0.01 mmol/kg)，注射速度2.5 ml/s，最大劑量100 ml。注射對比劑后25～30 s行動脈期掃描，60 s后行靜脈期掃描。掃描圖像以DICOM格式導出。

1.2.3 CT圖像分析與特征提取：采用MIM Maestro軟件(美國MIM公司)非剛性配準法校正CT多期圖像，根據閾值在動脈期CT圖像中自動勾畫腫瘤病灶輪廓感興趣區域(ROI)，去除CT值<50 HU或CT值>300 HU的像素閾值氣體，同時注意避開鈣化血管區和壞死區。由兩名具有豐富CT診斷經驗的放射科醫師對ROI進行進一步調整，有異議時經商議后達成一致意見。使用3D Slicer 4.7.0軟件提取影像特征，每張CT圖像的ROI內可獲取423個特征，包括形狀特征21個，灰度特征96個，紋理特征102個和小波變換特征204個。

1.2.4 隨訪及療效評價標準：參考RECIST 1.1標準對治療療效進行評估。完全緩解(CR)指所有靶病灶均消失；部分緩解(PR)指病灶直徑下降幅度≥30%；疾病進展(PD)指病灶直徑增加幅度≥20%；疾病穩定(SD)指病灶直徑下降幅度<30%或增加幅度<20%。CR、PR為治療有效，PD、SD為治療無效。

2 結 果

2.1 兩組患者臨床資料比較 見表1。訓練組和驗證組患者性別、年齡、吸煙史、腫瘤最大徑、腫瘤分型、腫瘤位置、手術病理分期、處方劑量、IDO異常、CEA異常和治療有效率等臨床資料比較，差異無統計學意義(均P>0.05)。

表1 兩組患者臨床資料比較

2.2 影像組學標簽及模型預測效能分析 LASSO-Logistic回歸分析篩選出的最佳影像特征包括：①平掃期中，小波變換特征2個，鄰域灰度差分矩陣特征1個，紋理特征1個，共4個；②動脈期中，小波變換特征8個，一階特征2個，灰度級帶矩陣特征2個，共12個；③靜脈期中，小波變換特征11個，鄰域灰度差分矩陣特征3個，形狀特征2個，一階特征1個，紋理特征1個，共18個。篩選的最佳組學特征與對應加權系數乘積的線性組合形成影像組學標簽，訓練組影像組學標簽為-0.853±0.276，驗證組影像組學標簽為-0.781±0.248。不同模型下兩組陽性預測值、陰性預測值和準確度見表2。

表2 不同時相影像組學模型對兩組患者SBRT療效的預測效能

2.3 SBRT療效影響因素Logistic回歸分析 見表3。逐步多因素Logistic回歸分析結果顯示，影像組學標簽、IDO和CEA是影響SBRT療效的獨立危險因素(均P<0.05)。

表3 SBRT療效影響因素Logistic回歸分析

3 討 論

SBRT是不耐受手術的NSCLC患者的首選治療方案，而對SBRT療效進行評估是避免治療后并發癥的關鍵，也是保證患者放療后生活質量的重要方法[12]。CT檢查作為臨床評估NSCLC分期、決定治療方案和預測治療效果的常用影像學檢查方法，具有操作簡便、掃描速度快、輻射量低等優勢，但無法提供腫瘤的異質性信息，難以實現疾病的定量分析。基于CT影像組學的分析方法可將CT圖像轉化為高維度的定量特征數據，彌補了傳統CT檢查的不足，通過對腫瘤異質性的定量描述可準確預測腫瘤臨床分期、淋巴結轉移和術后并發癥的發生[13-15]。本研究應用LASSO法篩選出NSCLC患者治療前的最佳CT影像組學特征，發現基于不同時相CT的影像組學特征建立的模型均可作為評估NSCLC患者放射治療療效的有效檢查手段。

本研究共提取846個影像組學特征，LASSO-Logistic回歸分析篩選出平掃期、動脈期和靜脈期的最佳影像特征分別為4、12和18個，且訓練組的影像組學標簽為-0.853±0.276，驗證組的影像組學標簽為-0.781±0.248。楊春生等[16]對晚期肺腺癌表皮生長因子受體突變狀態的CT影像組學特征進行分析，在CT掃描的三期時相中均提取到了鄰域灰度差分矩陣、小波變換等典型影像組學特征，認為不同時相的潛在差異可反映腫瘤的異質性特征。何蘭等[17]在研究CT影像組學對NSCLC臨床分期的價值中發現，篩選出來的影像組學特征通過與對應加權系數乘積進行線性組合的得到的影像組學標簽可用于NSCLC的臨床分期，具有良好的預測效能。本研究發現，基于平掃期、動脈期和靜脈期CT影像組學特征建立的模型預測SBRT療效的AUC值為分別為0.768、0.802和0.806，靈敏度分別為75.33%、80.02%和80.00%，提示基于不同時相CT的影像組學特征建立的模型在評估NSCLC患者放射治療療效方面具有良好的預測價值。增強掃描除反映腫瘤組織成分、細胞密度等特征外，還可反映腫瘤的組織血流灌注及血流廓清等非均質性特征；影像組學方法可將以上腫瘤特征進行量化，不僅可精確化呈現腫瘤的細微差異，還能避免臨床圖像分析中因主觀原因導致的誤差，因而具有較高的敏感度和特異度[18-19]。進一步分析發現，影像組學標簽、IDO活性和CEA水平是影響SBRT療效的獨立危險因素。IDO可介導機體的免疫活性，其水平升高與NSCLC患者生存期降低有關[20]。CEA是一種光譜腫瘤標志物，是評估患者預后的重要指標[21]。SBRT具有良好的腫瘤局部控制率，在控制腫瘤的同時還可改變患者的機體免疫狀態，使IDO活性和CEA水平發生變化。因此，臨床可通過監測IDO活性和CEA的動態變化來評估患者預后。

綜上所述，基于不同時相CT的影像組學特征建立的模型均可作為評估NSCLC患者SBRT療效的有效檢查手段，對影像組學標簽和實驗室指標的動態變化進行追蹤分析有利于SBRT療效的預測。