郑州大学第一附属医院放射科高剑波教授团队成果|基于CT影像组学预测不可切除胃癌PD-1/PD-L1抑制剂联合化疗的治疗反应

一、背景与引入

❓问题：不可切除胃癌患者采用PD-1/PD-L1抑制剂联合化疗已成为标准一线治疗，但疗效差异显著。现有预测指标如PD-L1表达、微卫星不稳定状态依赖有创活检，受限于肿瘤异质性、检测周期长、成本高等问题，难以满足临床个体化决策需求。

✅解决：研究提出利用CT影像组学这一无创、高通量的图像分析方法，提取肿瘤异质性特征，构建可直接预测免疫联合化疗疗效的模型，并提供生物学机制解释。

✅思路：通过回顾性收集两个中心的不可切除胃癌患者，提取CT门静脉期影像组学特征，结合临床与影像学指标，采用多种机器学习算法构建预测模型，筛选最优模型并绘制列线图。进一步借助TCGA数据库分析影像组学评分与肿瘤免疫细胞浸润的相关性，探索其生物学基础。

二、思路实现

✅数据收集与分组：从两个中心共纳入368例不可切除胃癌患者，分为训练组（231例）、内部验证组（97例）和外部验证组（40例）。治疗反应依据iRECIST标准划分为缓解组与非缓解组。

✅特征提取与筛选：基于门静脉期CT图像手动勾画肿瘤感兴趣区域，提取851个影像组学特征（含原始特征与小波变换特征）。通过组内/组间相关系数筛选稳定性高的特征，结合Pearson相关性分析与LASSO回归实现特征降维，最终筛选出15个关键特征构建影像组学评分。

✅模型构建与验证：在单因素与多因素逻辑回归筛选临床独立预测因素基础上，构建临床模型、影像组学模型及两者结合的联合模型。采用逻辑回归、XGBoost、支持向量机、随机森林、朴素贝叶斯五种机器学习算法，通过AUC、校准曲线和决策曲线评估模型性能，选择最优模型构建动态列线图。

✅机制探索：利用TCGA数据库的胃癌患者数据，计算其影像组学评分，并采用IOBR包评估22种免疫细胞浸润水平，通过Spearman相关分析揭示影像组学评分与免疫细胞的相关性。

三、结果解读

✅影像组学模型性能：影像组学评分在训练、内部验证和外部验证队列中的AUC分别为0.868、0.816和0.793，表明其具备良好的预测能力和泛化能力。所选15个特征以纹理特征为主，反映肿瘤异质性。

✅联合模型优化：在五种机器学习模型中，逻辑回归联合模型表现最优，AUC分别为0.886、0.831和0.826，性能稳定且提升有限，提示影像组学评分本身已具有较强预测能力。列线图整合了治疗周期数、CA72-4水平及影像组学评分，校准曲线显示预测与实际一致性良好，决策曲线支持其临床净获益。

✅生物学解释：在TCGA队列中，影像组学评分与激活的CD4+记忆T细胞（r=0.506）和CD8+ T细胞（r=0.372）呈正相关，与B记忆细胞（r=-0.439）呈负相关。提示高分影像组学评分反映抗肿瘤免疫活跃状态，低分则可能对应免疫抑制微环境，为影像组学评分预测疗效提供了免疫学基础。

图1：纳入患者流程图

图2：不同队列中胃癌患者的影像组学评分分布，以及缓解组与非缓解组间影像组学评分的比较分析。a、d 训练队列；b、e 内部验证队列；c、f 外部验证队列

图3：不同模型的受试者工作特征曲线。a 训练队列；b 内部验证队列；c 外部验证队列

图4：动态列线图预测胃癌PD-1/PD-L1抑制剂联合化疗治疗反应的临床应用示例。病例1与病例2的预测过程与影像对照

图5：影像组学模型与逻辑回归模型的校准曲线与决策曲线。a、d 训练队列；b、e 内部验证队列；c、f 外部验证队列

图6：影像组学评分与肿瘤免疫细胞浸润的相关性热图

高剑波，医学博士，教授，博士生导师。影像学科学术带头人、医学影像专业负责人。

中华医学会影像技术分会副主任委员、中华医学会放射学分会腹部专委会副主任委员、中国医学装备协会普通放射装备协会专业委员会主任委员、河南省医学会影像技术分会主任委员、河南省放射学会副主任委员、河南省放射医师协会副会长等学术职务。

国家医学影像技术临床实践技能培训基地主任、国家医学影像技术临床实践技能培训基地特聘教授、中华医学会影像技术分会第七届委员会CT扫描技术临床操作规范专家共识评审专家、数字X线摄影临床操作规范专家共识评审专家、第一届全国高等学校医学影像技术专业教材评审委员会委员。

曾在美国霍普金斯大学短期访问学习。《中华放射学杂志》等国内外10余种学术期刊的常务编委、编委或审稿人。

从事放射影像临床、教学、科研及管理工作32年。共发表学术论文300余篇，其中SCI收录30余篇。主编及参编医学影像学专著和高校教材10余部。承担和完成国家自然科学基金等科研项目20余项。获省部级科技进步二、三等奖9项。在消化系肿瘤和肺部疾病的临床影像学及其新技术研究方面颇有造诣。获得国家卫生计生突出贡献中青年专家、河南省优秀专家、河南省优秀青年科技专家、河南省优秀中青年骨干教师、河南省卫生系统先进工作者、河南省师德标兵、河南省自主创新十大杰出青年等荣誉称号，以及河南省“五一”劳动奖章获得者。（简介来自郑州大学第一附属医院官网）