基于PET影像組學鑒別鼻咽癌及原發(fā)鼻咽淋巴瘤

林莉莉 李昂 季仲友 蔣韓 福建醫(yī)科大學附屬協(xié)和醫(yī)院PET/CT室 （福建 福州 350001）

內(nèi)容提要：目的：探討PET影像組學方法對鼻咽癌及原發(fā)鼻咽淋巴瘤鑒別診斷的意義。方法：回顧性分析89例鼻咽癌（NPC）原發(fā)鼻咽淋巴瘤（PNL）患者，提取PET影像組學特征，進行Logistic回歸建模，得到模型參數(shù)，并建立模型方程。結(jié)果：NPC患者58例，PNL患者31例（NK/T細胞淋巴瘤10例，彌漫大B細胞淋巴瘤21例），采用低方差濾波法及LASSO法，將PET影像組學特征縮減到12個，共有4個特征（Small Dependence High GrayLevel Emphasis、Run Percentage、Short Run Low Gray Level Emphasis、Short Run Low Gray Level Emphasis）的系數(shù)具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。模型AUC為0.913（95%CI：0.857～0.969），靈敏度0.935，特異度0.724，準確度0.798。結(jié)論：PET影像組學方法可以作為鑒別NPC和PNL的可用方法。

鼻咽癌（Nasopharyngeal Carcinoma，NPC）和鼻咽淋巴瘤（Primary Nasopharyngeal Lymphoma，PNL）是最常見的兩種鼻咽惡性腫瘤。由于NPC和PNL可能有相類似的臨床癥狀，如鼻出血，鼻塞，頭痛等，二者的鑒別診斷比較困難。并且這兩種腫瘤在生物學行為、治療以及預后方面都有很大不同。準確的診斷對于優(yōu)化個體治療方案至關(guān)重要。因此早期鑒別NPC和PNL具有重要的臨床意義。目前，鼻咽部腫瘤的影像診斷主要包括MR，CT和PET/CT。前兩者可以提供局部的解剖信息及血流信息，而PET/CT除了能提供全身的解剖信息外，還可以提供腫瘤的代謝信息，這對于鼻咽部腫瘤的分期、治療和療效評估方面更具優(yōu)勢。然而，NPC和PNL通常具有相似的影像學表現(xiàn)，因此在影像學診斷上有一定困難[1]。影像組學可以提供醫(yī)學圖像上更深層次的紋理信息，目前在腫瘤的鑒別診斷、療效評估及預后方面都有較多的研究。本次回顧性研究采用影像組學方法，建立基于PET影像組學診斷模型來鑒別NPC及PNL，為二者的鑒別診斷提供新思路。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

收集2015年1月～2020年12月在本院行18F-FDG PET/CT顯像并經(jīng)病理確診為NPC及PNL的89例患者，年齡30～84歲，平均（52±14.2）歲；所有患者均于檢查前簽署了知情同意書，本研究獲得了單位倫理委員會的批準。

納入標準：①治療前接受PET/CT檢查；②經(jīng)鼻咽鏡和/或淋巴結(jié)活檢，病理確診為NPC和PNL（NK/T細胞淋巴瘤或彌漫大B細胞淋巴瘤）；③PET結(jié)果呈陽性，顯示SUVmax＞2.5。排除標準：①術(shù)前經(jīng)過其他方法治療，如化療、放療、免疫治療等；②既往有惡性腫瘤病史或同時存在其他原發(fā)性腫瘤；③病理診斷不明，或為其他類型鼻咽惡性腫瘤；④PET結(jié)果呈陰性或SUVmax＜2。

1.2 PET/CT顯像

采用GE公司生產(chǎn)Discovery LS PET/CT，18F-FDG購自南京江原安迪科正電子研究發(fā)展有限公司福州分公司（輻射安全許可證編號：閩環(huán)輻證[00203]）?；颊咴跈z查前需禁食6h以上，控制血糖范圍在3.9～7.5mmol/L。經(jīng)靜脈注射185～370 MBq18F-FDG后，安靜休息約45～60min，排尿后仰臥位上機掃描。范圍自顱頂部至大腿根部，采取頭頸部和軀干分段掃描，CT掃描采集條件分別為120kV，150mA，矩陣512×512，層厚4.25mm。PET以2.5min/床位的速度采集。應用CT數(shù)據(jù)進行衰減校正。

1.3 圖像分割

每例患者均由兩名有5年工作經(jīng)驗的PET/CT醫(yī)師共同確認及勾畫靶病灶。在3D Slicer 4.11.2軟件上對治療前PET/CT圖像在PET圖像上手動勾畫鼻咽部病灶的VOI，對每個VOI均提取PET影像組學特征，包括一階特征、形狀特征、紋理特征以及小波濾波后的特征。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用R4.0.3軟件，用Shapiro-Wilks檢驗確定參數(shù)正態(tài)性，用低方差濾波法以及LASSO法剔除冗余特征，用Logistic回歸建模。計算模型的準確性，靈敏度、特異度、以及模型的ROC曲線下面及AUC。P＜0.05表示有統(tǒng)計學意義。

2.結(jié)果

共89例患者，NPC患者58例，PNL患者31例（NK/T細胞淋巴瘤10例，彌漫大B細胞淋巴瘤21例），每個患者提取PET紋理特征128個，通過低方差濾波法及LASSO法剔除冗余特征，得到12個特征參數(shù)，包括一階特征個2個（X90Percentile、Kurtosis）、形狀特征3個（Flatness、Least Axis Length、Minor Axis Length），gldm特征1個（Small Dependence High Gray Level Emphasis），glrlm特征4個（Long Run High Gray Level Emphasis、Run Percentage、Short Run High Gray Level Emphasis、Short Run Low Gray Level Emphasis），glszm特征2個（Small Area High Gray Level Emphasis、Small Area Low Gray Level Emphasis）。見表1。

表1.PET影像組學參數(shù)及其系數(shù)

將上述參數(shù)納入Logistic回歸方程，4個參數(shù)（Small Dependence High Gray Level Emphasis、Run Percentage、Short Run Low Gray Level Emphasis、Short Run Low Gray Level Emphasis）的系數(shù)有統(tǒng)計學意義。見表1。

最終建立的模型為：

Radioscore=10.50175-213.661*SmallDependenceHigh GrayLevelEmphasis-13.8054*RunPercentage+5.02078*Short RunHighGrayLevelEmphasis-12.7318*ShortRunLowGrayLevelEmphasis。

影像組學預測模型的ROC曲線下面積（AUC）為0.913（95%CI：0.857～0.969），靈敏度0.935，特異度0.724，準確度0.798。見圖1。

圖1.影像組學預測模型的ROC曲線

3.討論

NPC是來源于鼻咽上皮細胞的腫瘤，發(fā)病率因地理位置而異，主要流行于東南亞[2]。NPC的年齡分布呈雙峰型，多發(fā)生在青少年及55～59歲中年群體中[3]。NPC的治療主要以放療及化療為主。PNL是一種少見的結(jié)外淋巴瘤，具有多種組織病理學亞型，不同地區(qū)不同亞型的發(fā)病率差異很大，彌漫大B細胞淋巴瘤和NK/T細胞淋巴瘤是兩種最常見的病理類型[4,5]。NPC和PNL的鑒別診斷，國內(nèi)外已經(jīng)有較多的研究，大多研究集中在MR和CT診斷方面[6-8]。在PET/CT方面，NPC和PNL的鑒別診斷的研究多是用傳統(tǒng)PET半定量參數(shù)，如SUVmax，SUVmean，MTV，TLG等，但其診斷效能較低，無法成為鑒別診斷的要點[9]。PET/CT對二者的鑒別診斷更依賴于病變形態(tài)、范圍、深部結(jié)構(gòu)浸潤、淋巴結(jié)壞死等方面表現(xiàn)進行綜合評估[10]。

影像組學可用于捕獲組織和病變特性，例如形狀和異質(zhì)性，以及在連續(xù)成像中，它們隨時間的變化。在腫瘤學上，組織異質(zhì)性的評估是特別重要的，基因組分析已經(jīng)證明，腫瘤異質(zhì)性程度是生存預后決定的[11]。研究表明，影像組學特征與細胞水平的異質(zhì)性指數(shù)密切相關(guān)。并且影像組學特征也與腫瘤侵襲性有關(guān)。目前，影像組學特征也被建議用于預測臨床終點，如生存和治療反映，并與基因組、轉(zhuǎn)錄組或蛋白質(zhì)組特征直接相關(guān)。

本研究有意義的參數(shù)一個來自灰度依賴性矩陣（Gray Level Dependence Matrix，GLDM），3個屬于灰度游程矩陣（Gray Level Run Length Matrix，GLRLM）?；叶纫蕾囆跃仃嚕℅LDM）反映的是中心像素或體素與其鄰域之間的灰度關(guān)系。其中Small Dependence High Gray Level Emphasis反映的是高灰階像素依賴中心像素的小依賴性?；叶扔纬叹仃嚕℅LRLM）給出了每個灰度級的均勻游程的大小，描述了灰度級在指定的方向上連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)，其反映的是圖像紋理的均勻性。其中Run Percentage是測量均勻游程的同質(zhì)性；Short Run High Gray Level Emphasis是測量高灰度級的短期均勻游程的分布，主要反映的是高灰階像素的分布特點。Short Run Low Gray Level Emphasis是測量高灰度級的短期均勻游程的分布，主要反映的是低灰階像素的分布特點。

本研究得到的模型參數(shù)均為深層次的紋理特征，這可能與紋理特征可以一定程度上反映腫瘤的異質(zhì)性及組織學來源差異的有關(guān)。模型的靈敏度表現(xiàn)較好，特異度尚有待提高，總體準確度接近80%。PET影像組學方法可以作為鑒別NPC和PNL的可用方法。

本研究的不足之處：①樣本量較少，沒有對NK/T細胞淋巴瘤及彌漫大B細胞淋巴瘤進行分層；②影像組學模型未經(jīng)外部驗證；③影像組學模型僅是單一中心研究，尚需多中心進行驗證。