影像组学在肝癌中的研究应用

乔 婷，王峻峰（通讯作者）

（1昆明理工大学附属医院肝胆外科 云南 昆明 650032）

（2云南省第一人民医院肝胆外科 云南 昆明 650000）

肝癌（HCC）是全世界范围内常见的消化系统恶性肿瘤，居于恶性肿瘤的第二位。2020年中国肝癌诊疗指南提示，全球肝癌的年新发病例数已达到84.1万人，死亡78.8万人。肝癌在我国年新发病例达到46.6万，死亡42.2万人，发病率与死亡率之比达1:0.9。尽管肝癌的诊断方案日益完善，但预后仍不理想，且其诊断和治疗趋势根据其生物学和基因组特征而发生变化。

数据科学技术的发展和进步，使得大数据技术和医学影像诊断的融合产生了新的影像组学方法，而医学图像数据的分析也成为了研究热点。医学成像作为探究影像特征的一种方法，在临床诊断和治疗中提供了全面视角和信息，为疾病的正确筛查、早期诊断、治疗方案的选定等提供了科学的依据[1]。

1 影像组学

“影像组学”一词最早由荷兰学者在2012年提出[2]，将影像内包含的所有信息提取出来然后进行综合，再进行系统化的分析。更确切地说，影像组学选取影像感兴趣区（ROI），使用自动化算法提取特征信息作为研究对象，进行肿瘤的分割和模型建立，借助数据统计分析法，从特征信息中提炼出更有价值的核心信息，作为疾病辅助诊断、分类或病理分级的重要参考数据。影像组学将影像信息进行量化研究，通过预测和分析来辅助医师作出更准确的诊断。

已有大量基于影像组学的分析研究证实影像组学在一定程度上可实现对肿瘤的诊断、治疗以及预后，从而对患者进行个性化的精准治疗方案的制定与实施。基于深度学习算法的发展和逐渐完善，影像组学研究有了新的突破方向，对疾病的预测准确率有所提高。现如今，影像组学在临床癌症甚至整个医疗领域将起到越来越突出的作用，为临床医师提供更为准确的决策诊疗依据。

近年来，在肿瘤诊断、治疗和预后等方面进行的探索研究众多，影像组学将功能成像与潜在的肿瘤生物学行为直接进行关联，或许可以作为基因组测序的代替物，用来指导肿瘤的预后以及疗效评估，分析其中隐藏的生物学信息。

医学图像设备和图像分析技术的发展，模式识别工具和数据集规模的扩大，使得医学图像分析领域功能性呈指数增长，各种影像学检查技术提高了肝癌的检出率。目前，PET-CT和SPECT-CT等混合成像设备已广泛用于临床和临床前研究。

2 电子计算机断层扫描（CT）

CT诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。

多数肝细胞肝癌的发生是由多级别癌变进展而来，其预后效果直接取决于病例组织学分级和类型。在HCC诊断以及病理分级中，影像学发挥着极为重要的作用。在一项增强CT影像学研究中[3]，发现病理分级与HCC影像学之间存在较大的关联性，通过对图像中所隐藏的生物信息进行挖掘，可以将组织的异质性反映出来。

肝癌微血管侵犯（microvascular invasion, MVI）是评估肝癌复发风险和选择治疗方案的重要参考依据，也是其预后的重要影响因素。有学者通过提取增强CT动脉期及门脉期肝癌病灶的影像组学特征，表明在预测肝癌MVI潜在分子标志物的选择上可以参考其影像学特征[4]。

CT与PET相结合的PET-CT在临床中的应用十分普遍，尤其是在肿瘤诊断上具有较高的参考价值。PET-CT凭借着高度的灵敏性以及解剖细节精确显示的特点，在肿瘤定性与分期上应用价值较大。一项对HCC介入治疗后的病变残留情况利用PET和CT进行对比研究结果表明,CT难以发现的残留和存活肿瘤，PET可以观察到[5]。

3 磁共振成像（MRI）

在软组织成像中，MRI具有非常突出的表现，能够提供比对性更高的结构和功能信息，弥散加权成像（DWI）、动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）不仅可以显示细胞的组织结构，还能将微血管生成情况反映出来，通过采集MRI医学图像，可以获取更加有效的影像学特征。它对疾病的诊断具有更大的潜在优越性。

MRI影像组学不仅能够反映肿瘤内部表型改变，增强图像的直方图分析，还有助于术前评估HCC的病理分级[6]，利用影像组学特征预测模型具有较高的诊断效能，预后更有客观性、合理性和全面性。

4 灰阶超声

超声检查无创便捷，是肝脏病变筛查、定性和随访的常规影像方法。通过超声诊断技术，能够全面了解患者肝脏的具体形态、结构、大小和周边组织等情况，及时诊断和分析临床检查结果，从而为肝脏病变早期诊断等提供重要参考[7]。HCC和IMCC的灰度直方图的偏度、灰度共生矩阵的对比度、一阶直方图、二阶直方图等均具有重要的诊断鉴别价值[8]。近年影像组学研究多集中于CT与MRI定量图像的定量特征分析，对超声影像组学研究较少。

5 讨论

肝癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，严重威胁着人类的健康。肝脏肿瘤在我国的发病率和死亡率普遍都很高，患者预后较差。原发性肝癌在临床确诊时通常已经发展到中期或晚期，在临床上加大了治疗的难度。因此，早发现、早诊断、早治疗是提高原发性肝癌患者生存率的最佳途径。

血清甲胎蛋白（AFP）是目前应用最广泛的肝癌诊断的肿瘤标记物，但在肝癌早期阶段灵敏度只有60%，部分肝癌患者在早期诊断时易出现AFP阴性。异常凝血酶原（DCP）在HCC患者血清中表达会升高，应用DCP单独诊断早期肝癌患者的灵敏度仅为56%，有学者报道，磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（GPC3）与肿瘤标志物甲胎蛋白联合应用，肝脏肿瘤的检出率可以提高至85%，但磷脂酰肌醇蛋白聚糖3除了在肝癌患者中表达升高，在其他恶性肿瘤中也会有血清GPC3表达增高，因此在应用GPC3作为肝癌早期诊断指标时还需要综合考虑其他恶性肿瘤的影响。

现有的影像组学研究提出，肿瘤的宏观影像特征与微观基因的表达、蛋白质分子的改变相关。肿瘤微环境、生活方式、遗传物质等众多因素共同决定了肿瘤在形态和功能上的变化[9]。

CT提供的形态学信息对于定位放射性示踪剂的异常摄取和射线衰减校正尤其有用[10]。MRI是另一个重要的形态学成像工具，可以与PET或 SPECT结合使用。与CT相比，MRI具有许多优势，包括更好的软组织对比，无额外的辐射危害以及真正的四维同步成像。

目前，术前主要通过增强CT和MRI两种方式对HCC和ICC进行影像诊断，但这两种方式的应用有一定的局限性，一些HCC和ICC在增强CT和MRI图像中有所重叠，而影像组学可以将医学图像信息转化为高通量的数据信息，包括纹理参数、形状特征等，对病灶进行精准、客观、定量的评价。