多模态CT 成像结合影像组学技术助力胃癌精准TNM 分期

摘要多模态CT检查技术和影像组学等方法已在胃癌筛查、诊断与鉴别诊断、分期分级、疗效评估、治疗后再分期及随访监测等方面显示出较大的优势，为个性化精准诊疗提供了关键信息和依据，是胃癌的一线影像学评估手段，与此同时，也面临巨大挑战。只有以患者为中心和以解决临床问题为原则设计好不同成像模式下的CT检查技术和影像组学研究方案，充分发挥不同成像模式检查的优势，结合影像组学在临床实际应用中发挥的作用，才能真正实现源于临床、用于临床和高于临床的目标，真正推进医学影像人工智能的健康发展，更好地为患者服务。胃癌是世界范围内严重威胁人类健康的常见肿瘤。根据国家癌症中心发布的最新数据，中国胃癌新发病例数和死亡数均居第三位，并呈逐年上升趋势。近年来，不同成像模式下的CT检查技术，包括常规CT成像、CT能量成像以及CT影像组学已广泛应用于胃癌筛查、诊断与鉴别诊断、分期分级、疗效评估、治疗后再分期及随访监测，为个性化精准诊疗提供了关键信息和依据，是胃癌的一线影像学评估手段。胃癌精准TNM分期是制定个体化诊疗方案的重要依据，肿瘤是否侵犯邻近结构或器官，以及有无淋巴结转移是精准判断临床TNM（cTNM）分期的关键。常规CT检查常难以得到准确诊断，这直接影响cTNM分期的准确性，成为亟待解决的临床难题。本文中，重点评述CT成像和影像组学在胃癌TNM分期诊疗中的价值以及存在的问题和发展策略。一、提升胃癌T分期预测能力对于胃癌T分期的判断，目前主要基于常规横断面CT增强、CT能量成像等技术。基于常规CT增强横断面图像判断胃癌浸润深度，多是依据强化的肿瘤与低强化的正常胃壁间强化的差异，但存在容积效应的干扰，且在小弯侧及大弯侧常不能显示胃壁全层，难以准确判断T分期。文献报道的胃癌T分期的准确度差异较大，在20%~91%之间，可信度有待商榷。需要指出的是，T3期与T4a期胃癌的鉴别诊断一直是业界的难题，目前常以浆膜轮廓和胃周脂肪征象判断，但精准诊断困难较大。分析其原因是T3期胃癌的胃壁外缘往往存在小而不规则或呈索条状的软组织密度影，从胃壁凸向周围脂肪间隙，常误判为T4a期胃癌。判定癌肿侵犯邻近器官，多以脂肪间隙消失或接触面形态或密度的改变为受侵征象，但往往造成过度诊断。如胃癌是否侵犯胰腺是临床经常遇到的难题，尤其是对于极度消瘦的患者，在缺乏完整脂肪层对照的前提下，难以做出准确诊断，可根据唐磊总结的辅助参考标准进行分析。能谱CT最佳单能量图像诊断胃癌术前T分期的准确性尚未达成一致意见。能谱CT联合多平面重组（multiplanarreformation，MPR）图像术前诊断T1期胃癌的准确度高于单纯横断面图像；尽管T2期胃癌胃壁呈局灶性增厚，但清晰的边界以及周围脂肪间隙，有助于与T3期胃癌相鉴别；最佳单能量横断面联合矢状面图像和MPR图像对T3期胃癌具有较高的诊断效能。与混合能量图像相比，能谱CT最佳单能量图像有助于提高胃癌术前T分期的准确度。但也有研究指出，能谱CT最佳单能量图像与混合能量图像诊断T1~T4期胃癌的准确度无差异。目前，能谱CT对于早期胃癌诊断准确度的研究较少。但有研究能谱CT最佳单能量成像技术可提高早期胃癌图像的对比噪声比，改善图像质量，有助于早期胃癌的清晰显示，可用于早期胃癌的检测。正常胃壁与早期胃癌的碘浓度和标准化碘浓度差异有统计学意义，能谱CT作为一种定量分析方法可用于鉴别胃癌前病变与早期胃癌。常规CT评估胃癌T分期的不确定性经常发生，CT影像组学已被证明可用于胃癌T分期的评估。文献报道，CT影像组学可用于鉴别T2期和T3/4期胃癌。该研究回顾性纳入了244例胃癌患者，分为训练集（171例）和验证集（73例），采用专用的后处理软件用于CT图像的分割和特征提取，以随机森林方法构建分类器模型，结果显示基于动脉期的影像组学模型在训练集和验证集中的曲线下面积（areaunderthecurve，AUC）分别为0.899和0.825；基于门静脉期的影像组学模型在训练集和验证集中的AUC分别为0.843和0.818。Sun等开发和验证了用于评估胃癌浆膜浸润的深度学习影像组学模型，结果显示使用支持向量机或人工神经网络构建的影像组学模型能够较好地区分T4a期胃癌，AUC分别为0.76~0.78和0.79~0.84，列线图的AUC为0.87~0.90。二、进一步提高胃癌N分期的诊断效能胃癌淋巴结转移的评估是肿瘤分期和选择手术方案的重要依据。N0期胃癌患者的5年生存率超过86.1%，但N1~N3期分别下降至58.1%、23.3%和5.9%。基于此，如何准确诊断转移淋巴结一直是研究的热点。常规CT诊断胃癌N分期的准确度为86.3%，诊断转移淋巴结的准确度为79.1%~98.9%。尽管CT诊断转移淋巴结可依据淋巴结的部位、数目、大小、形状、强化程度等，一般认为蚕食状、中心相对低密度、相互融合并压迫邻近血管等特征，多提示淋巴结转移。但到目前为止，CT对于转移淋巴结尚缺乏统一的诊断标准。据文献报道，当标准设定为胃周淋巴结的短径≥6mm或胃外淋巴结的短径≥8mm时，CT诊断转移淋巴结的准确度为71.1%~81.4%，此外，短径<5mm的淋巴结亦可能为转移淋巴结。能谱CT提供的碘浓度、能谱曲线、最佳单能量图像等已用于淋巴结性质的判断，结合形态学特征，进一步提高了胃癌N分期的准确性。能谱CT图像上胃癌患者淋巴结短长径比、动静脉期碘基值、动静脉期CT值是主要参数，其中淋巴结短长径比和动脉期碘基值的诊断效能较高，两者联合可显著提高转移淋巴结的诊断灵敏度至95.2%、特异度至76.9%。此外，有学者研究指出，能谱CT不同期相参数诊断胃癌转移淋巴结的效能存在差异，动脉期碘浓度对N分期的诊断效能较高。人工智能在诊断胃癌淋巴结状态领域已显示出较大的优越性，可进一步提高N分期的准确性。一项基于247例胃癌患者的研究结果显示，依据术前动脉期CT图像的影像组学特征和临床特征构建的列线图模型在预测胃癌N分期表现了良好的诊断效能，AUC达到0.844，为临床治疗方案的选择和预测预后提供了重要的参考依据。基于CT影像组学模型可以有效预测胃癌淋巴结状态，尤其是对于T2期、弥漫型和中/高分化胃癌患者，AUC为0.9319。基于T1~T2期胃癌患者第3组淋巴结的CT影像组学列线图结果显示，影像组学特征可以术前预测淋巴结状态，训练集和验证集的AUC值分别为0.915和0.908。三、提高预测腹膜转移的能力胃癌可通过血行播散转移至周围及远处器官形成转移灶。临床上约50%的进展期胃癌患者可出现腹膜转移。但目前影像学检查对胃癌腹膜转移的检出率仍较低，常规CT诊断的征象包括腹膜增厚或强化、腹腔积液等。而基于能谱CT成像评估胃癌腹膜转移的临床价值，检索国内外文献相关报道甚少。基于此，应用能谱CT判定是否发生胃癌腹膜转移可作为今后的研究方向。早期发现腹膜转移对于治疗方案的选择和避免不必要的手术至关重要。然而，常规CT术前诊断腹膜转移准确度仅约50%。基于CT影像组学特征可以预测腹膜转移，有助于预测胃癌患者术前腹膜状态。Dong等回顾性分析了554例伴有隐匿性腹膜转移的胃癌患者的CT和临床资料，对胃癌和接近肿瘤中心的腹膜区域CT图像进行分割，利用影像组学特征以及临床因素构建的列线图可较好地预测隐匿性腹膜转移，其在训练集的AUC为0.958，1个内部和2个外部验证集的AUC分别为0.941、0.928和0.920。一项包括2个中心的研究结果显示，基于T4期胃癌患者CT的影像组学特征在预测胃癌腹膜转移方面表现出良好的效能，AUC为0.745~0.802。此外，基于双能量CT的影像组学在术前预测胃癌腹膜转移方面显示了较好的临床应用前景，为患者精准治疗方案制定提供依据。Chen等研究结果显示基于术前双能量CT的标准化碘浓度和常规混合能量图像特征的影像组学模型，预测胃癌腹膜转移的能力优于临床模型和高年资放射科医师的人工诊断结果。四、存在的问题及发展策略近年来，基于不同CT成像模式的胃癌TNM分期诊断效能已取得了极大的改善，但对淋巴结转移的评估效果还不理想。不同CT成像模式与影像组学技术结合使用，其分期的准确度显著提高。但是，目前CT影像组学在评估胃癌TNM分期方面的应用研究结