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文章来源：中华结核和呼吸杂志, 2018,41(10) : 803-805 作者：安杨 李春笋 赵微 单位：解放军总医院  放射组学也称为影像组学，是指利用计算机断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）或磁共振成像（MRI）等方法，提取并分析大量的定量影像学特征，从而获得医学图像的高通量成像的特征数据[1,2,3,4,5,6]。基因组学是从分子水平研究整个基因组的结构和功能的分支学科，其目标是认识基因的结构、功能及进化规律，阐明整个基因组所涵盖的遗传物质的全部信息及相互关系，为预防和治疗人类疾病提供科学依据[7]。放射组学是与基因组学、蛋白质组学等相关组学彼此关联并相互促进而不断发展的。放射基因组学运用影像学手段显示人体组织水平、细胞和亚细胞水平的变化，实现对其生物学行为在分子影像上的定性和定量研究。放射基因组学为疾病的预防、诊断、治疗、预后和药物研发提供了巨大的帮助，在基因功能分析与基因治疗研究方面显示出良好的前景[7]。 美国国家癌症研究所（National Cancer Institute, NCI）将放射组学的基本框架分为[8]：（1）图像获取和重建；（2）图像分割与绘制；（3）特征提取和量化；（4）建立数据库和数据共享。放射组学将患者的基本信息、生活环境、检查结果、遗传特征、影像资料等综合在一起，即将放射组学与基因组学联系起来，便于发现影像特征与基因特征的相关性。 1．图像获取和重建： 影像资料主要通过CT、PET和MRI获得，其中CT成像在肺癌领域中的应用最普遍，用于评估肿瘤组织及淋巴结的密度、形态和纹理。McNitt-Gray等[9]发现，纹理的测量和熵的特征可以鉴别肺部良性或恶性结节。PET-CT用于肿瘤的检测及分期，最常用的是放射性18F-氟脱氧葡萄糖（18F-FDG）。早在2000年，纹理分析在PET-CT检查中广泛应用[10]。在预测肺癌的总生存期时，PET-CT的纹理特征是肿瘤体积的补充[11]。PET-CT在影像定量化处理上有一定的难度，容易受造影剂剂量、代谢容量、工作人员操作、患者饮食等多方面影响。MRI可以提供软组织结构和功能的影像，肺部的信号强度与组织生理属性关系不密切，MRI很少应用于肺癌。 2．图像分割与绘制： 放射组学特征的量化通常针对某一个特定的区域，该区域可与周围组织分割，如肺癌、结节或肿块。图像的分割是提取数据的前提。目前国内有些软件公司已经开发了自动和半自动化的分割软件，需要将病灶的轮廓逐层勾画出来，然后将二维肿瘤区域进行三维容积重组，生成三维感兴趣的容积（volume of interest，VOI），并从中提取特征数据。理想的分割标准是肿瘤图像中不含有任何正常组织，所以图像分割的准确与否直接决定所提取特征数据的准确性。 3．特征提取和量化： 病灶（肿瘤）区域一旦确定，即可提取影像特征，包括肿瘤直方图强度、形状和尺寸特征、纹理结构（均质或异质）、定位、分形和融合特征、与周围组织的关系及是否临近肺部支气管树和血管树等，大量的信息需要定量描述。现已有开发软件包可直接提取和分析影像组学资料，并建立放射基因组学数据模型[12]。国内公司开发的'数字肺'系统，支持精准的肺部组织量化处理，通过医学影像资料分析，提供完整的肺部疾病临床解决方案，辅助临床判定及决策。 4．建立数据库和数据共享： 放射基因组学建立数据库的最终目的是根据提取的放射基因组学各分类的特征建立一个功能或数学模型，可预测患者的预后及肿瘤表型等。通过放射基因组学分析，有效利用预测模型，推测基因组学的相关信息，可以提高疗效，降低医疗成本。 众所周知，肺癌是一种遗传性疾病，由于多种基因突变和表观遗传改变的积累，最终导致未受抑制的细胞增殖和活化。肺癌在不同患者或不同病理类型之间存在异质性[13]，二代测序和生物信息学的最新研究结果表明，因为肿瘤内存在多个亚克隆，导致肿瘤细胞间存在异质性。肿瘤内组织病理学的多样性（即不同分化程度、增殖、血管、炎症或侵袭程度的区域）反映了遗传（或克隆）异质性的程度[14]。放射基因组学的基本假设是，通过定量分析大量的影像组学资料，提供有价值的诊断、预后或预测信息[1,15]。通过评估肿瘤影像学的异质性，能够评估基因组表达的异质性及患者的预后。肺癌基因组的异质性越大，出现耐药和转移的可能性越大[16]。放射基因组学在肺癌中的应用主要体现在精准诊断、精准治疗、疗效及预后判断等方面。 （一）精准诊断 在肺部肿瘤中，对非小细胞肺癌的研究十分广泛。通过放射基因组学的预测模型，不仅可推测肺癌的组织学类型[17]，也可推测基因组情况。Halpenny等[18]通过比较30例间变性淋巴瘤激酶（anaplasticlymphoma kinase，ALK）重排患者与97例表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）突变患者，评估胸部淋巴结的大小、位置及原发肿瘤的大小、轮廓、一致性和位置等特征，表明ALK突变阳性的肺腺癌比EGFR突变的肺腺癌患者更容易伴有多灶性胸部淋巴结肿大。Choi等[19]比较68例ALK重排和130例EGFR突变的患者肿瘤大小、类型、边界、淋巴结转移及胸内转移（肺、胸膜、心包或骨）等特征，表明CT肿块边缘表现为分叶状的可能是ALK重排，晚期肺腺癌患者ALK重排比EGFR突变更容易发生淋巴结、胸腔或心包转移。在精准诊断方面，对人的了解需要深入到基因多态性层面，而对病的了解必须深入到体细胞突变。 （二）精准治疗 成功的个体化治疗需要了解每例患者肿瘤的异质性（基因组层面）和个体情况[20]，可以通过放射基因组学判断靶向药物、抗体和抗体偶联等药物疗效。Aerts等[21]对47例早期非小细胞肺癌患者治疗前后3周的高分辨率CT进行研究，发现放射基因组学可显著预测非小细胞肺癌EGFR突变状态，表明放射基因组学能够非侵入性的预测吉非替尼的治疗反应，提高酪氨酸激酶抑制剂（TKI）之间的分层，评估耐药人群的敏感性。 目前公认的实体肿瘤不是由单一实体组成，而是由多个癌细胞克隆亚群组成，表现出相当大的空间和时间变异性，这可能与肿瘤侵袭性有关[22]。肿瘤的精准治疗之所以很难，关键就在于异质性[23]。因肿瘤的外部形态、内部组织结构、增强特性不同，要充分考虑到肿瘤的差异性或异质性，否则可能造成错误治疗。 （三）疗效与预后判断 放射基因组学可从肺癌患者的CT扫描图像中预测EGFR的突变状态[21]，有助于判断非小细胞肺癌患者靶向药物的疗效。Coroller等[6]应用大量的定量成像特点，采用非侵入性的方式量化了肿瘤表型，用CT预测肺腺癌的远处转移能力。虽然是基本指标的常规量化，但表明了放射基因组学可获取肿瘤表型的详细信息，作为临床相关因素如远处转移的生物标志物。Fave等[24]收集了107例Ⅲ期非小细胞肺癌患者每周的CT影像，建立了总生存期、远处转移率的多变量模型，结果显示,测量治疗结束时局部复发的肿瘤患者的纹理强度可区分高风险和低风险患者，成功预测了许多癌症患者的预后。 如果能做早期的风险评估和检测，就可实施早期干预或预防性治疗，这是精准医疗帮助提高生存率和降低医疗成本的关键内容。基因组学的优势在于个体差异性小，但成本相对较高，在肿瘤表观变化和内部变化上有局限性；放射组学的重复性好，但特异性相对较差，可与基因组学互补。因此，放射组学和基因组学联合应用，是放射基因组学需要解决的问题。 临床上孤立性肺结节很常见，判断其良恶性十分困难，应用放射基因组学方法可提取更多有用的病灶特征，提高诊断的准确率[25]，既安全，又节省费用。肺癌立体定向放疗后易出现放射性肺损伤，放射基因组学可显示放疗后肺损伤的严重程度与放疗剂量的效应关系，表明根据放射基因组学提供的肺损伤定量数据，可制定立体定向放疗的治疗方案。 参考文献（略） |
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