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基于CT的语义和放射组学特征在术前诊断表现为亚实性结节的侵袭性肺腺癌的比较研究

期刊:scientific reportsDOI:10.1038/s41598-020-79690-4

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作者与发表信息
本研究的主要作者包括Yun-Ju Wu、Yung-Chi Liu、Chien-Yang Liao、En-Kuei Tang和Fu-Zong Wu,他们分别来自台湾高雄荣民总医院、厦门长庚医院等机构。该研究于2021年发表在《Scientific Reports》期刊上,题目为“A comparative study to evaluate CT-based semantic and radiomic features in preoperative diagnosis of invasive pulmonary adenocarcinomas manifesting as subsolid nodules”。

学术背景
本研究属于医学影像学与肺癌诊断领域。随着低剂量CT(LDCT)在肺癌筛查中的广泛应用,亚实性结节(subsolid nodules, SSNs)的检出率显著增加,尤其是在亚洲非吸烟人群中。这些结节在肺癌腺癌谱系中表现出异质性,包括非典型腺瘤样增生(AAH)、原位腺癌(AIS)、微浸润腺癌(MIA)和浸润性肺腺癌(IPA)。术前准确区分浸润性病变与浸润前病变对临床决策至关重要。因此,本研究旨在通过CT影像的语义特征和放射组学特征,预测≤3 cm的SSNs的病理浸润性,为临床提供更精准的诊断工具。

研究流程
研究分为训练队列和验证队列两部分。训练队列包括2016年2月至2020年3月间的186名患者(203个SSNs),验证队列包括2020年4月至2020年8月间的50名患者(57个SSNs)。所有患者均经手术病理证实为肺腺癌谱系病变。研究的主要流程如下:
1. CT影像获取与处理:使用不同型号的CT扫描仪(如Siemens Somatom Sensation 16、Toshiba Aquilion 64、GE Revolution CT)获取术前薄层CT影像(层厚≤2.5 mm)。影像由两名放射科医生独立评估,包括结节类型、形态特征(如囊性变、空气支气管征)和定量特征(如结节大小、实性成分比例)。
2. 放射组学特征提取:使用开源软件LIFEX(版本5.10)对SSNs进行手动三维分割,提取41个放射组学特征,包括强度、形状、二阶及高阶特征(如灰度共生矩阵GLCM、灰度游程矩阵GLRLM等)。
3. 病理评估:手术切除的标本经HE染色后,由两名资深病理学家根据2011年IASLC/ATS/ERS分类标准进行病理诊断,分为浸润前病变(AAH、AIS、MIA)和浸润性病变(IPA)。
4. 统计分析:使用单变量和多变量逻辑回归分析CT特征与病理浸润性的关系,构建诊断模型。通过ROC曲线评估模型性能,计算AUC值、敏感性、特异性等指标。此外,还比较了放射组学特征、常规CT特征和经验丰富的放射科医生的诊断性能。

主要结果
1. 训练队列结果:在203个SSNs中,106个为浸润性病变,97个为浸润前病变。多变量逻辑回归分析显示,放射组学特征GLCM_entropy_log10是预测肺腺癌浸润性的独立预测因子(OR: 38.081, 95% CI 2.735–530.309, p = 0.007)。其AUC值为0.878,敏感性和特异性分别为84.8%和79.2%。
2. 验证队列结果:GLCM_entropy_log10在验证队列中表现出良好的判别能力,AUC值为0.923。校准曲线显示模型在训练和验证队列中均具有良好的拟合度。
3. 诊断性能比较:放射组学特征的诊断性能优于常规CT形态特征和经验丰富的放射科医生。例如,GLCM_entropy_log10的AUC值显著高于异常囊性变(0.542)、空气支气管征(0.764)等形态特征。

结论与意义
本研究提出了一种基于单一放射组学特征(GLCM_entropy_log10)的简化诊断模型,能够有效区分浸润性肺腺癌与浸润前病变。其诊断性能优于常规CT特征和放射科医生的主观判断,为SSNs的术前诊断提供了更精准的工具。此外,研究还构建了基于GLCM_entropy_log10的列线图(nomogram),可辅助临床医生在SSNs管理中做出决策。

研究亮点
1. 创新性:首次使用单一放射组学特征(GLCM_entropy_log10)构建简化诊断模型,显著提高了诊断效率和准确性。
2. 临床价值:为SSNs的术前诊断提供了定量化、标准化的工具,有助于减少主观判断的偏差。
3. 技术优势:采用开源软件LIFEX进行放射组学特征提取,确保了方法的可重复性和推广性。

其他有价值内容
研究还探讨了不同CT扫描仪和扫描参数对放射组学特征的影响,为未来多中心研究的标准化提供了参考。此外,研究建议未来开发基于深度学习的自动结节分割方法,以进一步提高放射组学特征提取的效率和准确性。

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