目前，結(jié)直腸癌在全球腫瘤發(fā)病率和死亡譜中分別排名第三和第二。直腸癌（RC）占結(jié)直腸癌的1/3，在東亞的發(fā)病率最高。盡管根治性手術(shù)仍然是唯一的治愈方法，但基于治療前分期的新輔助化療（nCRT）的實施提高了R0的切除率，并進一步改善了局部腫瘤的控制。nCRT被推薦為局部晚期RC（LARC）患者（T3/4和/或N+）的標準療法，而對于早期患者（T1/2和N-）則沒有治療指征。為避免過度治療或治療不足，術(shù)前準確評估T分期以區(qū)分T1/2和T3/4腫瘤是十分必要的。高分辨率（HR）T2加權(quán)成像（T2WI）具有精細的軟組織分辨率，已成為RC局部分期的一線成像方式；然而，總體準確率在60-75%之間，有研究報道T2腫瘤的平均過度分期率為30-57%。在這種情況下，提高對原發(fā)腫瘤T分期的評估，對精確治療和優(yōu)化治療策略具有重要的臨床價值。

放射組學作為一種新興的數(shù)據(jù)提取手段，可通過挖掘醫(yī)學圖像中的高維數(shù)據(jù)來定量評估腫瘤的異質(zhì)性。研究表明，放射組學可通過發(fā)現(xiàn)人眼不可見的疾病特征來改善病人管理和臨床決策。在RC，放射組學在不同的腫瘤學場景中取得了令人印象深刻的表現(xiàn)，包括評估腫瘤的生物學行為、評估治療反應(yīng)以及預(yù)測預(yù)后。盡管有這些進展，但在目前的醫(yī)學成像中，放射組學特征往往受到各向異性分辨率和低體素統(tǒng)計的影響。為了提高放射組學模型的穩(wěn)健性和穩(wěn)定性，通過在模型構(gòu)建中應(yīng)用更高的分辨率圖像來解決這些限制是相當重要的。

超分辨率（SR）技術(shù)，旨在從低分辨率的觀察中恢復更高的數(shù)字圖像的空間分辨率，自20世紀80年代以來就被提出并引入臨床。近年來，隨著深度學習（DL）的發(fā)展，SR在醫(yī)學成像方面取得了卓越的表現(xiàn)。除了恢復的SR圖像在多空間梯形中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性外，DL-SR在醫(yī)學影像學中也引起了關(guān)注，因為從SR圖像中提取的放射組學特征被定量證明具有明顯的可重復性和穩(wěn)定性。然而，目前的放射組學研究都沒有利用DL-SR技術(shù)來發(fā)現(xiàn)特定的放射組學生物標志物以供臨床使用。

近日，發(fā)表在European Radiology雜志的一項研究開發(fā)并驗證了一個用于術(shù)前預(yù)測RC患者T分期的SR放射組學模型，為首次在臨床上展示基于DL的三維（3D）SR放射組學研究。

本研究共納入76名符合條件的RC患者（T1/2=287，T3/4=419），并按時間順序分配為訓練隊列（n=565）和驗證隊列（n=141）。本研究對高分辨率（HR）T2加權(quán)成像（T2WI）進行了深度轉(zhuǎn)移學習網(wǎng)絡(luò)分析，以提高圖像的Z分辨率，并獲得了術(shù)前SRT2WI。命名為modelHRT2和modelSRT2的放射組學模型分別由HRT2WI和SRT2WI的人工分割的感興趣體積中通過最小絕對收縮和選擇運算器方法提取的高維定量特征構(gòu)建。通過ROC、校準和決策曲線對模型的性能進行評估。 

ModelSRT2在區(qū)分T1/2和T3/4 RC方面優(yōu)于modelHRT2（AUC 0.869，敏感性71.1%，特異性93.1%，準確性83.3%與AUC 0.810，敏感性89.5%，特異性70.1%，準確性77.3%），差異顯著（P < 0.05）。兩種放射學模型都取得了比放射學專家更高的AUC（0.685，95%置信區(qū)間0.595-0.775，P < 0.05）。校準曲線證實了較高的擬合度，決策曲線分析證實了其臨床價值。 

圖 模型評估。A Rad分數(shù)的累積分布曲線。訓練（B）和測試（C）隊列的ROCs。校準曲線顯示了兩個隊列中模型的良好校準（D-G）

本研究提出了一個基于DL的三維SR放射組學模型，在預(yù)測腫瘤T分期和識別RC患者中的nCRT候選者方面優(yōu)于傳統(tǒng)的HRT2放射組學模型和放射學專家。到目前為止，這是首次將基于DL的三維SR方法應(yīng)用于臨床決策支持的放射組學分析。通過進一步的驗證，通過SR成像的放射組學的臨床效用將得到最大化的認識及利用。

原文出處：

Min Hou,Long Zhou,Jihong Sun.Deep-learning-based 3D super-resolution MRI radiomics model: superior predictive performance in preoperative T-staging of rectal cancer.DOI:10.1007/s00330-022-08952-8