基于人工智能的影像组学近年来蓬勃发展。影像组学从最初利用计算机辅助诊断,到后续结合人工智能用于肿瘤预后预测和疗效预测,具有极高的科研和应用价值。简要介绍近期基于人工智能的影像组学模型在肿瘤诊疗中的研究,并对现有研究成果转化中存在的模型可解释性不足和泛化能力弱等问题进行讨论,以期推动相关研究的临床转化应用,促进医疗行业的进步。
目的 探讨基于非小细胞肺癌(NSCLC)的CT影像组学定量特征,并联合常规影像主观特征及临床信息建立的联合预测模型对术前预测NSCLC脏层胸膜侵犯(VPI)的价值。方法 回顾性纳入2家医院经手术病理确诊且病理结果明确VPI状态的NSCLC病人385例,分析其术前胸部增强CT影像和临床资料。以一家医院的311例病人作为训练集(VPI组144例,无VPI组167例),以另一家医院的74例病人作为验证集(VPI组24例,无VPI组50例)评估CT影像主观特征。采用半自动分割方法获取肿瘤感兴趣体积并提取影像组学特征,筛选最优的影像组学特征,并基于Logistic回归方法构建影像组学模型(影像组学标签)。通过单因素、多因素Logistic回归方法筛选与VPI相关的临床和常规影像特征,建立临床-常规影像预测模型。将筛选的临床、常规影像特征和影像组学标签基于Logistic回归方法构建联合模型。采用受试者操作特征(ROC)曲线下面积(AUC)评估3种模型预测VPI的效能。结果 共提取944个影像组学特征,最终筛选出与VPI相关的14个影像组学特征以及2个临床-常规影像特征。在训练集和验证集中,影像组学模型的AUC分别为0.785和0.717;临床-常规影像预测模型的AUC分别为0.721和0.690;联合模型的AUC分别为0.829和0.748,联合模型的AUC值最高,其基于最大约登指数的最佳截断值为0.514,训练集和验证集中的准确度、敏感度、特异度分别为0.756、0.771、0.743和0.743、0.750、0.740。结论 由术前CT影像组学特征和常规影像主观特征及临床信息构建的联合模型有助于预测NSCLC病人VPI,可协助临床决策,改善病人预后。
目的 探讨CT影像形态学特征对肺腺癌免疫表型的预测价值。方法 回顾性分析302例经病理证实为浸润性肺腺癌病人的术前CT影像及临床资料。病人以7∶3的比例随机分为训练集(211例)及验证集(91例)。根据肺腺癌淋巴细胞密度和空间分布特点界定肿瘤免疫表型,并据此将病人分为热肿瘤组(训练集 80例,验证集32例)及冷肿瘤组(训练集131例,验证集59例)。采用Kaplan-Meier法及Log-rank检验进行生存分析。采用单因素及多因素Logistic回归分析,构建基于CT影像形态学特征的肺腺癌免疫表型术前预测模型,采用受试者操作特征曲线下面积(AUC)评估模型的预测效能。结果 Kaplan-Meier曲线提示,训练集及验证集中冷肿瘤组的无病生存期均较热肿瘤组缩短(训练集:P=0.001,验证集:P=0.005)。以病灶位置(周围/中央)、实性成分最大径、毛刺征(有/无)及边界(清晰/模糊)构建CT影像模型。在训练集和验证集中,预测模型的AUC分别为0.70(95%CI:0.60~0.83)、0.72(95%CI:0.63~0.77)。结论 肺腺癌免疫表型可以辅助病理TNM分期对病人进行预后分层,以CT影像形态学特征构建的模型可以在术前良好预测肺腺癌免疫表型。
目的 探讨基于多期相CT影像组学模型鉴别肾上腺腺瘤亚型的临床价值。方法 回顾性收集经术后病理证实为肾上腺腺瘤的病人195例,均于术前行肾上腺CT平扫及增强检查。将病人按8∶2比例随机分成训练集(156例)和验证集(39例)。根据激素分泌水平将病人分为功能性肾上腺腺瘤组(70例)和无功能性肾上腺腺瘤组(125例)。基于病人CT平扫及增强影像提取1 521个影像组学特征,通过随机森林算法筛选保留8个最优影像组学特征,采用支持向量机(SVM)算法并经5折交叉验证,分别构建平扫期、动脉期、静脉期、延迟期及各期融合的影像组学模型。2组间临床和CT影像特征的比较采用t检验、Mann-Whitney U检验、 卡方检验。绘制受试者操作特征(ROC)曲线,计算ROC曲线下面积(AUC)、准确度、敏感度、特异度以评估模型效能。结果 功能性肾上腺腺瘤组的血钾低于无功能性肾上腺腺瘤组,而高血压病人占比高于无功能性肾上腺腺瘤组(均P<0.05)。验证集中,平扫期影像组学模型的诊断效能(AUC=0.813)、准确度(0.759)、特异度(0.814)均最高。结论 基于CT不同期相的影像组学特征结合SVM构建的影像组学模型可无创性鉴别肾上腺腺瘤亚型,具有一定的临床价值,有助于临床决策。
目的 探讨临床、病理联合CT影像组学特征构建的联合模型早期预测结直肠癌肝转移(CRLM)化疗反应的价值。方法 回顾性收集169例CRLM病人的临床、病理、增强CT影像资料。每例病人随机抽取1个肝转移灶,共169个。根据实体肿瘤疗效评价标准(RECIST)将病灶分为2组,即化疗有反应组(75个)和无反应组(94个)。按7∶3比例将病灶随机分为训练集(118个)和验证集(51个)。提取基线门静脉期CT影像中病灶的影像组学特征,采用Pearson相关系数、Select percentile单因素分析和最小绝对收缩和选择算子(LASSO)筛选最优影像组学特征。使用Logistic回归分类器构建影像组学模型并计算影像组学评分(Radscore)。采用t检验、Mann-Whitney U检验及卡方检验筛选2组间差异有统计学意义的临床和病理特征,并与Radscore结合分别构建临床-病理模型和联合模型。采用受试者操作特征(ROC)曲线、校准曲线、Hosmer-Lemeshow检验评价模型的预测效能、校准度及拟合度,并以联合模型预测指标构建列线图。结果 共筛选出9个最优影像组学特征,3个临床和病理特征(肝转移类型、癌胚抗原及RAS基因)。在训练集和验证集中,联合模型预测肝转移灶化疗反应的效能(AUC=0.896,0.798)与影像组学模型(AUC=0.895、0.786)近似,但差异无统计学意义(均P>0.05)。在训练集中,联合模型预测肝转移灶化疗反应的效能高于临床-病理模型(P<0.05),而验证集中则与临床-病理模型差异无统计学意义(P>0.05)。校准曲线、Hosmer-Lemeshow检验显示联合模型列线图的校准度和拟合度均良好。结论 基于化疗前CT影像组学特征构建的影像组学模型可以早期预测CRLM的化疗反应,联合临床、病理特征可略微提高模型的预测效能。
目的 探讨基于超声的深度学习模型,用于术前预测乳腺癌HER2零表达(HER2-Zero)与HER2低表达(HER2-Low)的潜在价值。方法 回顾性连续收集2所医院共243例经病理确诊为乳腺癌病人的临床资料和术前超声图像,据其来源医院将病人分为训练集(124例)和验证集(119例)。利用ImageJ软件手动勾画超声图像中的病灶,在训练集中基于3种预训练的基础深度学习模型(VGG16、ResNet50、DenseNet121)构建基于超声的深度学习模型,并选出效能最优者。在训练集中,采用多因素逻辑回归分析筛选与HER2状态相关的临床独立预测因素构建临床模型。将临床独立预测因素与最优的深度学习模型联合来构建综合模型。采用受试者操作特征曲线下面积(AUC)评估各模型的预测效能,并利用校准曲线和决策曲线评估综合模型拟合效果和临床净获益。结果 多因素逻辑回归分析显示Ki-67表达状态是乳腺癌HER2状态的临床独立预测因素。3种深度学习模型中,DenseNet121模型效能最优,故以Ki-67及DenseNet121模型联合构建综合模型。在训练集和验证集中,综合模型的预测效能(AUC值分别0.865、0.848)均高于临床模型与3个深度学习模型。校准曲线显示综合模型在2个数据集中均具有较好的拟合效果(Hosmer-Lemeshow检验:P=0.267,0.398),决策曲线显示综合模型具有较宽的临床净获益范围。结论 基于超声的深度学习模型在术前预测乳腺癌病人HER2-Zero与HER2-Low表达状态方面有一定价值,能够为临床治疗决策提供依据。
肺癌的早期诊断和治疗有助于提高病人的生存期。影像组学可以从CT、MRI、PET/CT等影像中提取其中的纹理特征进行定量分析,结合机器学习(ML)和深度学习(DL)等人工智能(AI)技术可以辅助临床为肺癌的诊疗提供有力支持。就基于AI的影像组学在肺结节良恶性诊断、分型分期、基因突变状态预测、治疗及预后评估中的研究进展进行综述。
微血管侵犯(MVI)是原发性肝细胞癌复发和预后不良的重要因素,术前无创预测MVI对指导临床做出合理诊疗策略具有重要意义。影像组学可以高通量从图像中挖掘定量特征,用于预测MVI的存在及危险分级,瘤周影像组学对MVI的预测也具有重要意义。就CT和MRI影像组学在预测原发性肝细胞癌MVI中的研究进展及其应用前景和面临的挑战进行综述。
影像组学可从医学图像中高通量地提取大量影像特征,影像基因组学则侧重于挖掘影像数据与基因组之间的相关性。基于动态对比增强MRI(DCE-MRI)、乳腺X线摄影、乳腺超声等成像技术,影像组学及影像基因组学能够评估乳腺癌的肿瘤异质性及生物学行为,为乳腺癌诊断、疗效评估及预后预测等方面的研究提供了新途径和新思路,尤其在术前无创性地预测乳腺癌分子分型方面显示出极大的潜能。就影像组学及影像基因组学预测乳腺癌分子亚型方面的研究进展予以综述。
超声是乳腺癌临床诊疗中最常用的影像学手段。随着人工智能(AI)的发展,机器学习、深度学习和卷积神经网络已用于开发基于超声影像特征的辅助诊断及预测工具。就AI在乳腺癌的筛查和诊断,及其在腋窝淋巴结转移、分子分型、新辅助化疗疗效的预测等超声诊疗中的应用进展进行综述。
心脏CT已成为冠状动脉疾病及结构性心脏病诊治的关键手段。就2023年心脏CT应用于心血管疾病中的技术进展和最新临床应用进行分析和总结,主要包括自动化图像后处理、诊断、预后评估及指导后续临床诊疗方面的应用,以期为从事心血管影像诊断的医师提供心脏CT研究动态及未来方向。
目的 探讨对比增强能谱乳腺摄影(CESM)影像特征对非肿块样强化(NME)乳腺导管癌不同组织学类型与腋窝淋巴结(ALN)转移的诊断价值。方法 回顾性纳入完成CESM 检查的NME乳腺癌女性病人63例,经病理确诊为导管原位癌(DCIS)或浸润性导管癌(IDC)。根据组织学类型分为DCIS组(32例)和IDC组(31例);根据有无微浸润将32例DCIS病人分为单纯DCIS组(18例)和DCIS伴微浸润(DCIS-MI)组(14例);根据ALN转移情况分为转移阳性组(19例)和转移阴性组(44例)。采用t检验、Mann-Whitney U检验、 χ2检验比较各分组的CESM影像特征的差异。将筛选出来有统计学意义的CESM影像特征行多因素Logistic回归分析,确定IDC、DCIS-MI及ALN转移的独立预测因素。绘制受试者操作特征(ROC)曲线,计算并比较ROC曲线下面积(AUC)、敏感度、特异度。结果 DCIS与IDC间在内部强化方式、头足位减影影像相对强化比值(%RSCC)及时间信号强化曲线(TIC)类型存在统计学差异(均P<0.05);单纯DCIS与DCIS-MI的最大截面面积、%RSCC及TIC类型间差异有统计学意义(均P<0.05);ALN转移阳性组与阴性组间内部强化方式、形态分布特征、%RSCC及TIC类型差异有统计学意义(均P≤0.05)。%RSCC>3.42%和集簇/簇环强化是 IDC的独立预测因素(均P<0.05),其AUC值分别为0.732、0.704;%RSCC>2.47%和最大截面面积大于4.37 cm2是DCIS-MI的独立预测因素(均P<0.05),其AUC值分别为0.802、0.764;%RSCC>2.71%和集簇/簇环强化是ALN转移的独立预测因素(均P<0.05),其AUC值分别为0.717、0.786。结论 在CESM上测得的 %RSCC、最大截面面积、TIC、形态分布特征及内部强化特征对于非肿块型乳腺导管癌组织学类型及ALN转移具有一定的诊断价值,可为临床医生决策及病人预后提供参考依据。
目的 探讨基于前列腺影像报告与数据系统2.1版(PI-RADS v2.1)的双参数MRI(bpMRI)与多参数MRI(mpMRI)对前列腺特异性抗原(PSA)灰区(PSA 4~10 ng/mL)临床显著性前列腺癌(csPCa)的诊断效能。方法 回顾性纳入2家医疗中心接受前列腺活检术并完成MRI 检查的PSA灰区病人270例(中心1,220例;中心2,50例),分析病人的临床及MRI影像资料。根据Gleason评分将病人分为csPCa组(177例)和非csPCa组(93例)。基于PI-RADS v2.1标准,根据bpMRI(T2WI、DWI)与mpMRI (T2WI、DWI和DCE-MRI)对每例病人的病灶进行评分。采用独立样本t检验、Mann-Whitney U检验、 χ2检验比较2组病人的一般资料[年龄、PSA、前列腺体积(PV)、PSA密度(PSAD)]、bpMRI评分和mpMRI评分。以前列腺活检病理结果为标准,绘制受试者操作特征(ROC)曲线,计算其曲线下面积(AUC)、敏感度、特异度、准确度。采用DeLong检验比较2种评分方法对csPCa的诊断效能。采用McNemar检验比较2种评分方法的敏感度和特异度。采用Kappa检验分析2名医师评估bpMRI和mpMRI评分的一致性。结果 相比非csPCa组,csPCa组的PV更小、PSAD更高(均P<0.05)。csPCa组中bpMRI与mpMRI评分为4-5分病人的占比更高(76.8%和85.3%),非csPCa组中1-3分病人的占比更高(78.5%和74.2%)。bpMRI与mpMRI评分诊断csPCa的AUC值差异无统计学意义(P>0.05)。bpMRI的敏感度低于mpMRI(76.8%和85.3%,P<0.05),而特异度高于mpMRI(78.5%和74.2%,P<0.05)。bpMRI和mpMRI 评分的阅片者间一致性均较好(κ=0.68和κ=0.67)。结论 基于PI-RADS v2.1,bpMRI评分与mpMRI评分对PSA灰区csPCa的诊断效能相近。
目的 探讨M-Dixon quant和T2-mapping技术评估杜氏肌营养不良症(DMD)患儿进展前期及进展期运动功能的价值,为精确评估DMD病情和监测随访提供合适的影像学工具。方法 前瞻性收集40例经基因检测或组织病理活检确诊的DMD男性患儿,进展前期(<7岁)患儿20例,进展期(≥7岁)患儿20例。所有患儿均进行下肢M-Dixon quant和T2-mapping检查,观察进展前期及进展期患儿大腿肌肉的MRI表现,选取右侧大腿14块肌肉并测量其脂肪分数(FF)值和T2值。根据运动功能量表(MFM)评分对患儿进行运动功能评估并计算MFM总评分。采用Pearson相关分析2组患儿各肌肉FF值、T2值与MFM总评分的相关性(rFF,rT2)。结果 进展前期DMD患儿大腿肌肉MRI表现为轻微脂肪浸润,随疾病进展表现为脂肪浸润程度加重。进展前期DMD患儿臀大肌、半膜肌、半腱肌FF值与MFM总评分均呈负相关(均P<0.05);除大收肌外,其余13块肌肉T2值与MFM总评分均呈负相关(均P<0.05),以股中间肌与MFM总评分的相关性最强。进展期DMD患儿14块肌肉FF值、T2值与MFM总评分均呈负相关(rFF为-0.877~-0.697,rT2为-0.968~-0.774,均P<0.05),以股外侧肌相关性最强。进展期DMD患儿每块肌肉的 rT2均高于rFF。结论 DMD患儿大腿肌肉受累有一定的进展规律。无论是进展前期还是进展期,相对于M-Dixon quant技术,T2-mapping技术能够更准确地反映疾病严重程度,疾病进展前期患儿的股中间肌和进展期患儿的股外侧肌T2值可作为评估DMD病情的良好指标。
目的 探讨动脉自旋标记(ASL)和血氧水平依赖(BOLD)技术评估冷缺血再灌注损伤(CIRI)大鼠肾脏血流和血氧微观改变的价值。方法 将100只健康雄性SD大鼠随机分为4组,分别为肾脏冷缺血1 h组(CIRI 1 h)、冷缺血2 h组(CIRI 2 h)、冷缺血4 h组(CIRI 4 h)组及假手术组(CIRI 0 h),每组25只。每组随机选取5只分别在术前、术后(1 h、1 d、2 d、5 d)进行ASL及BOLD MRI,测量肾皮质的血流量(RBFCo)值及T2*值(T2*Co)、肾外的髓外带T2*值(T2*OSOM)和肾外髓内带T2*值(T2*ISOM)。随后切除大鼠左肾进行病理学分析并对肾小管损伤程度评分。采用单因素方差分析比较各组间及组内的不同时间点之间MRI参数和大鼠肾小管损伤程度评分之间的差异;采用Pearson相关分析MRI参数间及MRI参数与肾小管损伤程度评分的相关性。结果 术后1 h,冷缺血组大鼠肾脏RBFCo、T2*Co、T2*OSOM值均较术前减低(均P<0.05);术后5 d,CIRI 0 h、CIRI 1 h组的RBFCo、T2*Co、T2*OSOM、T2*ISOM值恢复至其术前水平(均P>0.05),CIRI 4 h组上述指标仍低于术前水平(均P<0.05)。术后1 h、1 d、2 d,CIRI 4 h组T2*OSOM值均较其他各组低;术后5 d,CIRI 4 h组RBFCo、T2*Co、T2*OSOM、T2*ISOM值均低于CIRI 0 h组(均P<0.05)。CIRI 2 h组、CIRI 4 h组的术后各时间点的肾小管损伤程度评分均高于其术前(均P<0.05),术后随时间延长,评分呈减低趋势;术后各时间点,CIRI 4 h 组评分均较CIRI 0 h、CIRI 1 h组高;术后1 h、2 d、5 d,CIRI 2 h组的评分均较CIRI 0 h、CIRI 1 h组的要高(均P<0.05)。RBFCo、T2*Co、T2*OSOM、T2*ISOM值与肾小管损伤评分均呈中度负相关(r=-0.714、-0.689、-0.518、 -0.579,均P<0.001);RBFCo值与T2*Co、T2*OSOM、T2*ISOM值呈中度正相关(r=0.704、0.525、0.612,均P<0.001);T2*Co值与T2*OSOM、T2*ISOM值呈中度正相关(r=0.685、0.572,均P<0.001);T2*OSOM值与T2*ISOM值呈中度正相关(r=0.606,P<0.001)。结论 ASL和BOLD成像可动态评估肾CIRI后组织血流及氧合水平的微观变化,为早期发现肾CIRI提供影像学依据。
阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是一种高发的睡眠呼吸障碍性疾病,常导致认知功能损害而出现一系列神经系统改变。目前,多种MRI技术已用于揭示OSA病人小脑神经影像学的改变,包括基于体素的形态学分析(VBM)、动脉自旋标记(ASL)、静息态功能MRI(rs-fMRI)、扩散张量成像(DTI)及影像组学等,这些技术使得明确 OSA病人小脑的神经生物学机制成为可能。综述多种MRI技术在OSA病人小脑结构和功能等方面的研究进展。
菊形团形成型胶质神经元肿瘤(RGNT)是由胶质细胞和神经元成分组成的原发性低级别肿瘤,表现出双相分化的病理特征,影像学表现能够反映其基本的病理改变。肿瘤强化方式与瘤体实性区分布及血供密切相关,多模态MRI影像检查对于准确诊断RGNT至关重要。综述RGNT的影像学特点、病理特征及与相关疾病的鉴别诊断。
肺癌发生发展、临床决策及预后与肺癌共病密切相关,而肺癌及其治疗对肺癌共病发生发展也发挥着不可忽视的作用。因此,肺癌与肺癌共病的相互联系值得深入探索。CT可以对肺癌及肺癌共病进行定性诊断,定量评估其严重程度、疗效及预后等,为揭示两者相互联系提供新的方式。就肺癌共病对肺癌的影响、肺癌及其治疗对肺癌共病的影响、CT在肺癌及肺癌共病中应用等方面的研究进展予以综述。
目的 探讨腹膜后弥漫型神经纤维瘤(DNF)的影像及病理表现。方法 对1例经手术病理证实为腹膜后巨大DNF的影像学表现及病理资料进行回顾性分析,并复习相关文献。结果 CT和MRI可见腹膜后以脂肪成分为主的巨大孤立性肿块,边界不清,其内散在多发团状实性成分,腹膜后大血管受压迫、包埋。实性成分在增强MRI上轻度强化,PET上代谢轻度增高。免疫组化上S-100、SOX-10均为阳性。结论 DNF可发生在腹膜后,其临床和影像表现无明显特异性,确诊需要依靠病理组织学检查。
目的 探讨原发性肺动脉平滑肌肉瘤(PPAL)的影像特征,以提高对该肿瘤的认识。方法 回顾性分析1例PPAL病人的影像学及病理学表现,并复习相关文献。结果 心脏超声检查示右室流出道及肺动脉内低回声团块。增强CT示右心室流出道、肺动脉主干、右肺动脉近端及周围不规则混杂密度肿块,呈不均匀轻度强化,双肺内多个大小不等软组织密度结节。PET/CT示肺动脉病变及右肺结节糖代谢异常增高。右肺结节穿刺病理结果为PPAL肺内转移。结论 PPAL影像学表现具有特征性,PET/CT可以指导选择穿刺部位。