CT影像组学在肺癌中的研究进展

周方 卢喜科 天津市胸科医院 （天津 300222）

内容提要： 影像组学的应用就是在影像图像内，得到高通量数据，对于诸多的定量特征展开挖掘，进而得到相关的肿瘤信息，诸如形态、纹理、肿瘤内异质性等。当前在医学专业中，影像组学以其所拥有的无创以及定量模式对于体肿瘤信息获取的优势，应用已经非常广泛。本文对于CT影像组学于肺癌中的相关研究进展情况展开探究。

在世界范围内，肺癌已经成为导致死亡的关键性因素。随着医疗事业的不断发展，在高通量数据计算、自动传输系统上均得到飞跃的发展，特别是在CT方面，于CT图像中将各种定量特征进行提取已经实现，也就是影像组学。影像组学应用到肿瘤学中具有诸多的意义，定量特征能够对肿瘤特征更好的掌握，实现耐药性的预测以及预后的评估，同时通过CT图像纹理分析的方式，能够磨玻璃密度结节肺腺癌的浸润性进行合理鉴别等。

1.CT影像组学在肿瘤学中的方法学

1.1 步骤阐述

首先，进行采集图像。在CT成像内得到相应影像图像实施预处理，使得具备一致性。在此项过程中，能够在采集图像参数方面上形成一定的更改现象，通常主要的问题就是扫描方案、重建算法等。而且研究显示，图像特征具有差异性的情况下，也会形成不同的重建环境，继而敏感度是各异的，但是也存在相对稳定的指标，涵盖了标准摄取值峰值、标准摄取值均值等内容。

其次，进行分割，即肿瘤分割。如果实体肿瘤的边缘部位是相对明确的，实施分割的操作相对要简单些，相反的，如果存在模糊不清晰的边界状态，则势必会提升识辨的难度，例如浸润性肺腺癌的周边呈磨玻璃样影（GGO）。而且也需要对于全肺和肺叶分割进行严谨的考虑，对术后残余肺功能以及发病率等作出重要的指导。肺叶分割实先采取气道阈值，展开分割肺实质、血管以及气道，在进行气道跟血管等的移动以后，把左肺、右肺分离开[1,2]。

接下来，实施特征提取。肿瘤分割后在肿瘤感兴趣区间中，将全部影像组学特征进行提取。肿瘤学领域内，影像组学特征能够进行定量分析肿瘤特征，把人眼不能探测到的肿瘤生物学特征进行揭示。

最后，特征选择。获取了繁多影像组学特征后，实施随机森林法、支持向量机算法等展开特征选择，也就是使得所获内容能够满足临床价值，研究表明特征提取的影响因素较多，需要重点的考虑到癌症检测以及诊断等情况。在Parmar等研究中[3]，采取随机森林法展开464例肺癌患者的影像组学特征分析，一共分析440个，显示对于数据变动稳定性更高。肺结节良恶性紧密的相关于影像组学特征，能够作精确诊断肺结节模式。

1.2 影像组学特征类型

首先，形态学特征。其可以实施定义肿瘤物理特征，例如采取球形度、离散紧度等特征进行量化肿瘤的圆度，采取三角测量实施计算表面面积。另外，肿瘤质量为另一形态学特征，也是一个参数，即体积结合密度。常见肺癌组织学类型为肺腺癌，容易具有GGO结节影。肿瘤肿块测量可以对GGO生长更早的检测到。

其次，统计特征。在一级直方图特征方面，直方图为一阶统计量基础，其能够计算的指标较多，包括均值、能量、均匀度以及标准差等特征。采取直方图分析的举措，可以明确掌控定量特征的多种形式，在组织学定量特征上，能够在体素水平上进行肺癌细微变化的展现。在高阶纹理特征方面，表示各体素空间信息内容，经图像灰度个数等产生灰度共生矩阵，提取到灰度不均匀性等特征。相关的研究显示[4]，跟纹理特征受到明显影响的因素较多，涉及到了肺癌肿瘤分期、转移等内容。另外，区域特征可以对子区域数量、肿瘤内的特定子区域发生频率进行反映，进行描述肿瘤的空间异质性上潜力巨大。例如，实施氟代脱氧葡萄糖正电子发射计算机断层显像以及CT图像肿瘤内分割模式，能够对于同肺癌有关的高危区域进行识别。骨架化的另一种称法为中轴提取，在计算机形状分析中应用甚广，定量测量气道，找到气道内部位再计算，之后于靶支气管部位，分割的对象是垂直平面图。另外，建立在Hu值，采取全宽度半极大值法，在发掘气道壁内像素、外像素方面实施应用，以及进行气道壁尺寸的计算、管腔面积的提取等。

2.CT影像组学在肿瘤学中的临床应用情况

2.1 肺癌影像组学方法

国际肺癌研究协会已经提出了分类肺癌的方案。很多的文献资料介绍了，拥有GGO成分的亚固体结节，与之相关的因素就是肺腺癌范围。一般的情况下，早期肺腺癌CT是单纯GGO结节，所以GGO范围成像对基因突变积累所导致侵袭前病变一直至腺癌变化的环节进行体现。但是，不能避免的问题就是，受视觉有限认知的影响、CT扫描方向主观分析等情况，使得于GGO病变中进行侵入性、非侵入性比例分析难度较高。一项研究进行分析GGO肺腺癌病例术前CT图像，显示采取影像组学特征以后，可以展现出肺腺癌低于10mm的GGO浸润前病变状态，以及显示到浸润性病变程度。而且肿瘤的大小同CT衰减，为预测肺癌病理侵袭性关键性原因，联系起肿瘤大小以及CT衰减，能够对侵袭性腺癌实施更精准预测。在纯GGO具有15mm以上的直径的情况下，以及具备高像素衰减时，结节通常为浸润性腺癌。另外，有相关的研究显示，CT衰减值及其斜率可以实施良好的预测CT衰减变化、纯GGO病变生长速度，因此肺癌特异性GGO影像组学特征可表达出肿瘤侵袭性信息也能够对肿瘤生长实施一定的预测。

2.2 术后肺功能和术后并发症的预测

预测术后肺功能，能够积极的掌握住患者实施手术以后的病死危险情况、有无发生并发症的几率等。实施术后肺功能预测的方法较多，其中肺功能测定法、容积法、放射性核素肺扫描法等应用范围是较为广泛的。如果为肺气肿和间质性肺疾病（ILD）这种明显的肺功能不均匀情况，需要于手术以后展开肺功能的预测。研究发现，吸气/呼气CT容积测量能够对术后肺功能展开预测，而且定量CT能够进行局部以及全功能肺体积实施计算，同时能够展开对非功能性体积肺区域的肺密度测量。定量CT于术后肺功能上预测功效巨大，术后实施预测肺功能密切的相关联于灌注显像肺功能测试。尽管肺叶切除术能够降低以及丢失肺功能，但是实施肺癌、慢性阻塞性肺疾病（COPD）病患的肺部切除以后，不会明显程度的改善其肺功能，也就是肺容积减少效应。研究发现[5]，双能CT能够表现出特定时间点肺灌注图像情况，对碘浓度实施量化以后实施显现肺叶灌注比例，对术后肺功能实施预测。另外，术前CT图像中肺纤维化情况，可以应用到预测合并肺纤维化、肺气肿肺癌患者术后发生死亡情况等中。肺纤维化程度方面，定量分析的基础就是依照CT直方图量化、纹理量化等方式进行。预测肺部疾病中，大量地应用到自动量化ILD以及GGO等。所以，实施治疗以后的肺癌患者，对其预测发病率、病死率上可以实施定量分析ILD、COPD。

2.3 未来发展

CT影像组学属于先进的多学科领域发展的成果，在具有优越的应用成效同时，也存在需要不断发展的部分。图像采集还未形成标准化方式，研究机构对于影像图像的采集、观察、分析等环节并不相同，在这种情况下，由于实施不同类型影像图像研究，所以就阻碍各个影像图像集之间统一对比，降低精确度。同时尽管很多的技术以及算法已经具有广泛的实践于影像组学中，但是还未形成统一标准模式，没有产生最优方案，没有形成标准的国际通用协议。另外，跨多个机构数据共享也为此方面上一项重要解决的问题，而且应该维护好患者隐私权。未来需要更多的严谨研究，使得CT影像组学在肺癌中更加先进化的应用，给患者带来福音。

3.结语

影像组学应用到医学成像中作用愈加凸显，建立在影像组学基础上的精确诊断、治疗决策支持系统逐渐的发展成当前医学重要性工具。CT影像组学具备良好的无创性特点，而且具备纵向比较等优点，可以进行个性化的评估肺恶性肿瘤，将其生存期增加以及提升生存质量，提供给研究制作肺恶性肿瘤新药物重要理论基础，将诊治水平切实的增强。在今后的研究中，此项技术会得到更加先进化的发展，为患者带来诸多的福音。