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[背景]头颈癌是指发生于鼻咽、口咽、下咽等部位的肿瘤。在我国华南地区,尤其以鼻咽癌更为常见,其年发病率高达0.3‰。鼻咽癌PET/CT图像的诊断常受到炎性组织如慢性鼻咽炎FDG高摄取的干扰,特异性受限。尽管放化疗的联合应用使得头颈癌的局部控制率有所提高,但远处转移风险依旧较高,长期生存率仍不理想。传统SUV指标和TNM分期难以刻画肿瘤异质性,对头颈癌的预后预测性能有限。开发新的、诊断预后性能更优的特征对患者的精准诊疗至关重要。影像组学通过定量刻画图像灰度分布模式,提取表征肿瘤内部异质性的高通量影像特征,已在单一模态图像中多类肿瘤的诊断、分期分级、疗效评估及预后预测等方面取得较好成果。然而目前影像组学研究仍面临鲁棒性较低、多中心泛化性能不足以及多模态研究匮乏等问题。因此本文旨在针对鼻咽癌和头颈癌PET/CT图像开展影像组学特征鲁棒性分析及其在诊断、预后预测等临床问题上的研究。[材料与方法]1、收集40例鼻咽癌18F-FDG与11C-choline两种PET/CT显像,研究分割和离散化对88个影像组学特征鲁棒性的影响。2、充分考虑矩阵构建过程中的方向、对称性、平均策略、距离、邻域及窗宽等因素,研究多策略提取的PET影像组学特征鲁棒性及其对69例鼻咽癌和37例慢性鼻咽炎的诊断性能。3、研究整合PET特征、CT特征和临床参数的多模态模型对128例鼻咽癌患者的预后价值。4、提出图像层次、矩阵层次以及特征层次的多模态多层次PET/CT融合影像组学模型,并研究其对296例多中心头颈癌患者的预后价值。[结果]1、研究筛选得到8个FDG特征和11个choline特征较为鲁棒。2、不同策略提取的部分特征鲁棒性较低,但其诊断性能较高;影像组学特征SumEntropy、SZLGE 和 LGZE 的 AUC 高于传统指标 SUVmax 和 MATV(0.91-0.93 vs.0.72-0.88,p=0.01-0.04)。3、多模态模型对无复发生存期的预测在测试集上性能有限,但在局部晚期病例上优于单一模态模型(C-index:0.67-0.84 vs.0.64-0.77,p=0.001-0.059)。4、在7种不同的训练集测试集划分下,对于RFS、MFS和OS的预测,分别有5种、6种和5种划分的最大C-index是由图像层次的融合模型所达到的。[结论]1、筛选得到的鲁棒性较高的特征可为将来构建鲁棒性较高的模型提供指导。2、大多数特征的诊断性能主要取决于特征本身的定义,部分受特征提取策略影响;一些影像组学特征的诊断性能优于传统指标。3、PET和CT特征相比临床参数提供了额外的定量肿瘤内部异质性的信息,多模态模型更适用于局部晚期病例的预后预测。4、在图像层次逐体素地整合PET的代谢信息和CT的解剖信息能有效捕获更多有价值的预后信息。