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精准医疗驱动下磁共振成像技术在胰腺癌诊疗中的应用与价值
陈荷冰 薛华丹

Cite this article as: CHEN H B, XUE H D. Application and value of magnetic resonance imaging techniques in the diagnosis and treatment of pancreatic cancer driven by precision medicine[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2025, 16(5): 1-7.本文引用格式:陈荷冰, 薛华丹. 精准医疗驱动下磁共振成像技术在胰腺癌诊疗中的应用与价值[J]. 磁共振成像, 2025, 16(5): 1-7. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.05.001.


[摘要] 胰腺癌是一种进展迅速、预后极差的高度恶性肿瘤,严重危及患者生存。磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)因具有无辐射、软组织分辨力高以及可提供多参数、多序列、多方位等优点,同时由于影像组学、深度学习等人工智能技术被用于图像更高维信息的挖掘,使得MRI在胰腺癌诊断和治疗中具有更广泛的应用价值。因此,本文创新性地综述了多种MRI技术,包括常规MRI、功能MRI、MR代谢成像以及影像组学和深度学习在胰腺癌鉴别诊断、疗效评估以及生存预后预测中的应用,并讨论了各种技术的优势和目前的局限性,从而为下一步研究的改进提供参考,以期推动不同MRI技术在胰腺癌精准诊疗中的转化应用,最终提升患者的生存质量和延长生存期。
[Abstract] Pancreatic cancer is a highly malignant tumor with rapid progression and extremely poor prognosis, posing a severe threat to patient survival. Magnetic resonance imaging (MRI), has several advantages, such as being radiation-free, having high soft tissue resolution, and providing multiparametric, multisequence, and multiplanar imaging. Additionally, radiomics and deep learning, which are artificial intelligence technologies used for mining higher-dimensional information, have further expanded the application value of MRI in the diagnosis and treatment of pancreatic cancer. Therefore, this article innovatively reviews various MRI techniques, including conventional MRI, functional MRI, MR metabolic imaging, and the applications of radiomics and deep learning in the differential diagnosis, therapeutic efficacy assessment, and survival prognosis prediction of pancreatic cancer. It also discusses the advantages and current limitations of these techniques, thereby providing references for further research improvements and aiming to promote the translational application of different MRI techniques in the precision diagnosis and treatment of pancreatic cancer, ultimately improving patients quality of life and extending survival.
[关键词] 胰腺癌;磁共振成像;功能磁共振成像;代谢成像;影像组学;机器学习;深度学习
[Keywords] pancreatic cancer;magnetic resonance imaging;functional magnetic resonance imaging;metabolic imaging;radiomics;machine learning;deep learning

陈荷冰    薛华丹 *  

中国医学科学院北京协和医学院 北京协和医院放射科,北京 100730

通信作者:薛华丹,E-mail: bjdanna95@163.com

作者贡献声明:薛华丹设计本研究的方案,对稿件重要内容进行了修改,获得了国家自然科学基金、北京市科技新星计划项目资助;陈荷冰起草和撰写稿件,获取、分析并解释本研究的数据;全体作者都同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


        
        薛华丹,女,医学博士,主任医师、教授、博士生导师,中国医学科学院北京协和医院放射科副主任兼西院放射科主任、西院总支临床医技支部书记。国家级放射影像专业医疗质量控制中心专家委员会副主任委员、中华医学会放射学分会全国委员兼副秘书长和腹部学组副组长、北京医学会放射学分会常务委员兼秘书长、中国医用装备协会磁共振应用专委会常务委员兼秘书长、IS3R(国际放射学战略研究协会)委员、RSNA(北美放射学会)亚太地区委员会委员、Chinese Journal of Academic Radiology副主编、Radiology、Academic Radiology、《中华放射学杂志》《磁共振成像》杂志编委。荣获国家卫生健康委员会医学高层次人才优秀青年医师、北京市高等学校青年教学名师、北京优秀医师、北京市科技新星等荣誉称号,并获2023年北京市科学技术奖自然科学奖二等奖、2023年北京医学科技奖二等奖、2016年华夏医学科技奖二等奖、2013年国家科技进步奖二等奖等奖项。近五年来以第一作者及通讯作者(含并列)在JAMA Network Open、Advanced Materials、Nano Today、Medical Image Analysis、Science Bulletin、European Radiology等国际著名期刊发表SCI论文88篇,H指数30。担任中英文双语版《全身弥散加权成像肿瘤学临床应用图谱》《多层螺旋CT影像诊断学》《医学影像学》《乳腺与生殖系统放射诊断学》《中华影像医学泌尿生殖卷》(第3版)等著作主编或副主编,参编国内外临床共识或指南14部,获得国家发明专利11项。

基金项目: 国家自然科学基金项目 82372051 北京市科技新星计划项目 20240484650
收稿日期:2025-02-27
接受日期:2025-04-22
中图分类号:R445.2  R735.9 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2025.05.001
本文引用格式:陈荷冰, 薛华丹. 精准医疗驱动下磁共振成像技术在胰腺癌诊疗中的应用与价值[J]. 磁共振成像, 2025, 16(5): 1-7. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.05.001.

0 引言

       胰腺癌因其高度恶性、早期症状隐匿、治疗手段有限和快速进展等特点而被称为“癌症之王”,其5年生存率不足10%[1]。磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)是胰腺癌诊疗中的重要影像检查手段,在诊断与鉴别诊断、疗效评估、生存预后分析中均有显著应用。随着技术的不断进步,基于MRI的新技术、新序列的不断涌现以及人工智能在医学领域的发展和应用,进一步拓展了不同MRI技术的临床应用,使胰腺癌的精准诊疗水平得到了显著提高。本文通过对近年来国内外文献的回顾,简要介绍了不同MRI技术在胰腺癌诊疗中的应用与价值以及当前的局限性,并提出未来的研究方向,期望通过更多、更深入的研究延长胰腺癌患者的生存时间,改善预后。

1 结构与功能MRI

       在临床实践中,常规MRI扫描序列包括T1加权成像(T1-weighted imaging, T1WI)、T2加权成像(T2-weighted imaging, T2WI)、2D和3D磁共振胰胆管成像(magnetic resonance cholangiopancreatography, MRCP)、弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)以及多期相的动态增强扫描。胰腺癌在T1WI上通常表现为低信号,在T2WI上通常表现为等信号或略高信号,较大肿块信号为不均匀高信号,在MRCP上胰头癌可表现为典型的“双管征”,一些间接征象如胰腺实质萎缩、胰管远端扩张、胰管截断也可以进一步提示胰腺癌的发生。然而这些特征并非胰腺癌的特异性表现,且对于征象的判断主要依赖于放射科医生的经验。因此MRI技术逐步转向功能与结构相结合的评估模式,某些功能MRI技术可以通过监测组织的生理或代谢活动间接反映肿瘤的生物学行为,包括水分子扩散运动、血流灌注情况以及组织的机械特性等,从而选择更适合的方式对病情进行评估。

1.1 磁共振血管成像

       在常规MRI显示胰腺癌形态学特征的基础上,磁共振血管成像(magnetic resonance angiography, MRA)可进一步明确肿瘤与周围血管的解剖关系,对术前可切除性评估具有关键价值。一项系统综述与荟萃分析纳入了3篇关于比较MRI(其中两项研究含MRA)与计算机断层扫描(computed tomography, CT)在评估胰腺癌血管侵犯诊断准确性的相关研究,共评估了107例患者的474根正常血管和65根有肿瘤侵犯的血管[2]。目标血管包括腹腔干、肝动脉、肠系膜上动脉、门静脉以及肠系膜上静脉。尽管基于有限数据的分析结果显示,二者在敏感度和特异度上无显著差异,但也提示在某些患者中MRI可作为CT的替代方案,不仅可以评估肿瘤分期,还可以提供肝脏是否存在转移等信息,从而实现“一站式检查”,但未来需更多样本进一步验证。尽管研究未单独分析MRA的应用价值,但MRA作为MRI评估中的重要序列,可用于量化肿瘤-血管接触范围(如>50%接触提示不可切除),其无辐射的优点以及静脉显影能力有望成为CT血管评估的重要替代选择[3]。此外,虽然MRA主要提供的是血管解剖结构信息,但其衍生技术如相位对比MRA、4D Flow MRA等可以编码血流速度,量化血流方向及速率,实现全血管床三维血流动力学分析,未来随着进一步的探索,MRA有望成为血管结构与功能一体化评估的核心工具。

1.2 动态对比增强MRI

       动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)通过注射对比剂后连续采集图像,监测对比剂在组织中的分布和清除过程,以评估组织的血流灌注和血管通透性。通过拟合动态采集得到的时间-信号曲线获取速率常数(rate constant, Kep)、血浆体积分数(capillary plasma volume, Vp)、容量转移常数(volume transferconstant, Ktrans)和血管外细胞外体积分数(extravascular extracellular volume fraction, Ve)等灌注定量参数,可捕捉到胰腺癌微循环的变化,较形态学改变更早地反映病灶特性和病情恶化或好转等情况。一项研究探索了DCE-MRI定量参数与胰腺癌病理特征的相关性,研究结果发现低分化、有血管侵犯胰腺癌的Vp显著高于中分化且无血管侵犯胰腺癌,提示分化程度越差的肿瘤,其内的不成熟血管生成越多,发生血管侵犯的概率更大[4]。针对DCE-MRI实施存在的多个技术难点,包括无法同时满足足够的覆盖范围或高时空分辨率、患者屏气配合难度大等,WANG等[5]开发了一种定量多任务DCE-MRI技术,可在自由呼吸状态下采集,并实现了全腹部覆盖、满足临床诊断的空间分辨率,以及1秒时间分辨率(每秒生成一幅3D图像),所拟合得到的定量参数可以客观鉴别慢性胰腺炎、正常胰腺实质和胰腺癌,使癌症患者避免错过最佳的治疗时期,同时也避免了慢性胰腺炎患者进行不必要的手术治疗。此外,在胰腺癌放化疗过程中,随着肿瘤细胞的死亡,细胞外基质也逐渐重塑,因此DCE-MRI通过量化治疗前后的微循环改变,可以实现疗效的精准监测。KIM等[6]研究发现Ktrans的动态变化可以表征治疗的效果,当吉西他滨治疗有效时,Ktrans值增加,而治疗无反应时,Ktrans值出现下降。另一项研究则是对行立体定向放疗的患者进行了纵向DCE-MRI研究,研究者动态记录了治疗前、第一次治疗以及六周后第二次治疗之间的灌注参数的动态变化,发现这种纵向的变化可以及时地捕捉肿瘤的生理学变化[7]。上述研究充分展示了DCE-MRI在胰腺癌诊疗中的独特优势,尤其是对于肿瘤微循环状态的评估,但该技术仍然受限于数学模型拟合、图像后处理复杂等技术瓶颈,因此建立标准化的临床应用规范对提升该技术的临床适用性具有重要意义。

1.3 DWI

       DWI是MRI诊断胰腺癌的重要序列,其核心参数是表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC),能够提供肿瘤区域水分子的定量扩散信息,并通过ADC值的改变反映治疗前后肿瘤密度的变化,是新辅助治疗疗效评估的重要依据。然而,目前关于ADC的研究结果并不完全一致。其中一项研究发现新辅助治疗前后ADC值的增加在无反应组和有反应组并无显著差异[8]。尽管如此,大多数研究表明,ADC值在新辅助治疗期间的动态变化与病理反应具有相关性,且对治疗反应的评估性能较高,敏感度为75%~100%,特异度为70.0%~82.8%[9, 10, 11, 12]。导致研究结果出现不一致的原因包括不同研究的设备厂商、扫描协议以及后处理等技术步骤不统一,采用的金标准不同,以及测量ADC值时间点的不同,因此在未来的研究中,还需要采用标准的扫描方案以及统一的金标准作为结局变量进一步明确DWI在胰腺癌疗效评估中的真实作用。另外,在亚厘米级的肝转移灶检出方面,DWI相较于其他序列更加敏感。一项研究通过增强MRI联合DWI发现,增强CT评估为可切除性胰腺癌的患者中24%实际已存在同期肝转移,且DWI对于小转移灶(<5 mm)的检出数量要多于增强序列(397 vs. 156),敏感度可达84%[13]。MARION-AUDIBERT等[14]的研究也同样表明术前行DWI检查在CT未发现异常的潜在可切除胰腺癌患者中,可额外检出10%(12/118)的肝转移病例(敏感度为80%,特异度为96%),使这部分患者避免了不必要的手术。除了肝转移,胰腺癌患者若出现腹膜转移往往提示预后不良,尽管MRI在这方面的研究较少,但关于DWI在其他恶性肿瘤腹膜转移的应用研究已经开展,提示DWI可能是胰腺癌腹膜转移的重要检出工具[15]。综上所述,DWI不仅可以早期识别治疗有反应的患者,还可以发现隐匿性转移患者,进一步优化肿瘤分期,显著改善临床决策路径。

1.4 基于DWI衍生的弥散模型

       随着技术进步,基于DWI的数学模型和信号解析方法不断发展,以实现更精细的分析。其中扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)用于反映水分子扩散的非高斯分布特性,更接近由于人体微环境的不均质性限制水分子自由运动的真实情境。其通过数学模型拟合得到的参数如平均扩散系数(mean diffusion coefficient, MD)、平均峰度系数(mean kurtosis coefficient, MK),不仅可以更准确反映水分子的自由扩散程度,还可以量化水分子偏离高斯分布的程度,间接反映组织的复杂性。ZHANG等[16]探讨了DKI和DWI在评估不可切除胰腺癌患者对一线化疗反应中的诊断价值,研究结果发现,相比于ADC值,化疗前后MD值的改变对区分化疗反应具有更高的诊断效能(AUC:0.898 vs. 0.806)。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)是另一种后处理模型,通过计算可以得到标准ADC(standard ADC, sADC)、真扩散系数D值、伪扩散系数D*值和灌注分数f值等定量参数,用于评估组织的毛细血管灌注和水分子的扩散特性。相关研究结果表明,D*和f值能够更好地鉴别胰腺癌及其他胰腺肿瘤,D值相较于ADC值在鉴别转移性淋巴结和非转移性淋巴结上具有更好的诊断性能,而在胰腺癌的分期及侵袭性评估中,上述参数可能受限[17, 18, 19, 20]。此外还有拉伸模型(stretched exponential model, SDC)计算得到的分布弥散系数(distributed diffusion coefficient, DDC)和扩散异质性指数α,以及双指数模型计算得到的慢速ADC(slow ADC, ADCslow)和快速表观扩散系数(fast ADC, ADCfast),均可以区分非扩散和扩散相关效应,其中由于双指数模型的采集时间短、易于实施,相较于其他弥散模型,在临床实践中具有推广价值[21]。总体来说,基于DWI衍生的弥散模型在胰腺癌诊疗过程中的应用具有潜力,但仍需在未来进一步探索。

1.5 磁共振弹性成像

       磁共振弹性成像(magnetic resonance elastography, MRE)作为一种非侵入性成像技术,通过机械波使生物组织产生微小位移,并通过分析剪切波的传播特性(如刚性和剪切波速度)来量化组织的力学特性。纤维化是胰腺癌最显著的病理特征之一,是影响治疗效果和患者预后的重要因素。这种病理改变可引起胰腺组织弹性的改变,因此通过MRE技术可以测量组织的硬度,反映病情的进展情况。研究表明MRE对于胰腺组织硬度的测量结果在不同医生之间具有较高的可重复性,并且胰腺癌的刚性显著高于健康胰腺[22]。在此基础上,另一项研究结果发现肿瘤的刚性和肿瘤与实质的刚性比有助于鉴别胰腺癌和良性肿瘤,其中刚性比更具诊断的特异度和预测价值。此外,与血清标志物CA19-9结合使用时,诊断效能更为显著[23]。与传统影像学手段相比,MRE在量化肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)的纤维化和细胞外基质变化中有独特优势,可以更加精准地评估胰腺癌的侵袭性和生存预后。在未来的研究中,随着扫描时间长、设备依赖性、投入成本高等问题被攻克,MRE在胰腺癌的精细化诊断与治疗效果监测方面将会实现更为广泛的应用。

2 分子与代谢MRI

2.1 磁共振波谱成像

       磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy, MRS)技术在胰腺癌代谢研究中展现了巨大的潜力,通过揭示肿瘤与健康组织在代谢特征上的差异,为胰腺癌的早期检出、诊断及个性化治疗提供了新的方向。多项研究分别聚焦于磷代谢、组织代谢谱和实时动态代谢成像,全面展现了MRS技术在胰腺癌代谢研究中的多维应用[24, 25]。在一项关于31P MRS成像技术在人体胰腺的研究中,对正常胰腺组织和胰腺癌均进行了多种代谢物的定量分析,其中细胞膜前体即磷酸单酯在肿瘤组织中显著高于正常胰腺实质,提示其细胞膜代谢异常,为早期诊断和治疗评估提供了潜在代谢标志物[24]。在另一项研究中,研究者使用高分辨魔角旋转MRS观察正常胰腺、炎症组织、高级别上皮内瘤变和胰腺癌代谢产物的差异,结果显示乳酸和牛磺酸水在高级别上皮内瘤变和胰腺癌中的水平显著升高,为胰腺癌的早诊提供了新的成像方法[25]。此外,超极化13C MRS、氘代MRS因能够实时动态监测糖酵解产物的转化过程,在前列腺癌、淋巴瘤、胶质母细胞瘤等疾病的诊断和治疗监测中已有深厚的研究基础,尽管目前关于上述技术在胰腺癌中的研究多数还处于动物实验的阶段,但随着技术的进一步完善,有望在临床中开展相关技术的应用[26, 27, 28, 29, 30]。综上,MRS不仅可以揭示肿瘤的代谢活跃度,还能够为个性化治疗方案提供数据支持。然而,MRS的临床转化仍面临许多挑战,例如超极化13C MRS需要依赖昂贵的动态核极化设备,其超极化信号衰减快,需要快速成像,对时间分辨率要求极高;氘代MRS不需要依赖动态核极化设备,更易进行临床推广,但由于氘核的天然丰度低且磁旋比小,信号强度远远低于1H MRI,需依赖高场强设备的支持或延长扫描时间,加之胰腺位置深在,易受肠道、呼吸运动的干扰,图像的信噪比进一步降低;尽管这些技术手段可以对代谢通路进行定量分析,但需要精准的数学模型将信号强度转化为代谢通量,并且肿瘤异质性、个体的代谢差异均会影响模型拟合的精度。鉴于上述优点及难点,在未来的研究中,我们还需开发高效的信号增强技术以提升成像质量,优化快速成像序列以适应临床需求,同时探索与传统MRI、PET等多模态成像的结合,实现优势互补。此外,利用人工智能技术辅助数据分析,有望进一步提高诊断效率和准确性。通过这些技术的改进,有望加速新技术从实验室到临床的转化进程,为胰腺癌的精准诊疗提供更有力的支持。

2.2 化学交换饱和转移成像

       由于Warburg效应,实体瘤的微环境通常呈现酸性,这种酸性的环境促使肿瘤进展。因此针对肿瘤代谢的治疗策略备受关注,其中碱化疗法通过提高肿瘤pH值,可以抑制肿瘤进展并克服肿瘤对化疗的耐药性[31]。化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer, CEST)成像通过检测特定分子与水分子之间的化学交换信号,可无创定量分析组织的代谢变化。研究发现,胰腺癌的磁化转移比(magnetization transfer ratio, MTR)显著高于胰腺实质,AUC为0.857,敏感度达92.9%,特异度为70.6%[31]。同时,量化分析结果表明胰腺癌具有更酸性的微环境,而位于肿瘤上游和下游胰腺实质的微环境pH值变化较小。由此可见,CEST成像能够为医生提供快速的无创评估结果,这在提高早期诊断准确性、监测治疗效果方面具有独到的优势。此外,CEST技术的高敏感度使其在判断TME与化疗耐药性之间的关联时,能够提供更多精细的代谢信息,从而为临床个性化治疗策略提供支持。

2.3 正电子发射断层显像/磁共振成像

       正电子发射断层显像/磁共振成像(positron emission tomography/magnetic resonance imaging, PET/MRI)将PET的代谢信息和MRI的高清解剖学信息相结合,有助于提供更加精确的影像学依据。氟代脱氧葡萄糖fludeoxyglucose, 18F-FDG作为传统的示踪剂,18F-FDG PET/MRI已用于胰腺癌早期诊断和分期中,尽管在小病灶的检出中仍存在局限性,但在胰腺癌伴肝转移的患者当中,其可以增加对转移灶识别的敏感度并同时提供代谢信息,实现一站式影像学检查,简化了患者的诊疗流程,从而实现个性化治疗[32, 33]。在胰腺癌新辅助治疗方面,18F-FDG PET/MRI可以实现肿瘤组织、炎性组织以及纤维化组织的区分,并且研究结果表明新辅助治疗前后的最大标准化摄取值(maximum standardized uptake value, SUVmax)在病理有反应者中降低70%,而在病理无反应者中仅降低37%,基于血糖水平校正的SUVmax在病理有反应者中降低74%,在病理无反应者中只有30%,相较于实体肿瘤疗效评价标准(response evaluation criteria in solid tumors, RECIST)和肿瘤体积变化率,代谢参数的预测性能更高[34]。此外,18F-FDG PET/MRI能实现更优的图像配准,并且能够实现全身扫描,在监测胰腺癌复发中相较于单独使用CT或MRI具有更高的敏感度[35]

       鉴于胰腺癌的特征是由胰腺星状细胞产生的促纤维增生反应,癌症相关成纤维细胞会在肿瘤细胞表面表达成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein, FAP),因此FAP是胰腺癌分子成像和有潜力的治疗靶点,68Ga标记的成纤维细胞激活蛋白抑制剂(fibroblast activation protein inhibitor, FAPI)成像的敏感度也通常优于18F-FDG[36, 37]。ZHANG等[38]回顾性分析了18名临界可切除性和局部晚期胰腺癌患者的68Ga-FAPI PET-MRI图像,结果表明病灶的FAP表达量可以预测胰腺癌患者接受白蛋白紫杉醇联合吉西他滨治疗的治疗反应。不仅如此,有研究对比了68Ga-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid, DOTA)-FAPI-04与18F-FDG PET/CT联合增强CT在胰腺癌术前评估中的作用,结果表明两者在术前分期和可切除性评估中的效能相当,但68Ga-DOTA-FAPI-04 PET/MRI对于肝转移和腹膜转移的检出更加敏感[39]。综上所述,PET/MRI在胰腺癌诊疗过程中展现了重要的应用价值,但其高昂的检查成本仍是临床医生在制订诊疗方案时需要重点考虑的因素之一。

3 MRI影像组学与深度学习:辅助胰腺癌诊疗决策的新方法

       近年来,人工智能技术的快速发展推动了影像组学、深度学习等方法在胰腺癌的诊断、术前评估、治疗决策和生存预后预测中的应用。通过影像组学的方法挖掘肿瘤难以被肉眼识别的纹理、形状、空间分布等特征,可以更加精准地反映肿瘤组织内部的异质性[40]。深度学习技术以其强大的数据处理能力,可以通过神经网络自动识别并学习影像数据中的特征,可用庞大复杂的数据形成高精度的诊断或预测模型[41]。尽管这些方法有广阔的应用前景,但在临床实践中的推广仍有一定的挑战,包括模型在跨设备、跨模态、跨中心的泛化能力,以及深度学习算法的“黑箱”特性限制了模型的可解释性[41]。未来的研究还需要针对这些问题进一步突破,才能够提升胰腺癌的精准化诊疗水平。

3.1 胰腺癌术前精准评估

       胰腺癌术前的精准评估在其诊疗过程中至关重要。术前评估不仅有助于医生明确肿瘤的大小、位置和范围,还可以评估肿瘤与血管的关系、淋巴结转移与远处转移,根据影像评估的结果,胰腺癌可分为可切除、交界可切除和不可切除三种类型。在胰周血管侵犯方面,DE ROBERTIS等[42]回顾性分析了103例患者的MRI直方图衍生参数,结果表明T1熵、ADC熵、T2峰度和ADC一致性可以预测淋巴结转移、血管侵犯以及胰周脂肪浸润等不良病理特征的发生,其AUC值分别为0.657、0.742和0.818。多项研究针对胰腺癌淋巴结状态预测进行了影像组学模型的构建,例如SHI等[43]基于动脉期脂肪抑制T1WI的一阶特征、基于形状的特征、纹理特征以及小波变换的纹理特征共12个特征构建了影像组学评分(Rad-score),在内部验证集中的AUC为0.722,进一步联合CA19-9和肿瘤大小构建了列线图模型,其AUC在内部验证集中可达0.808,在外部验证集中为0.733。另一项研究联合常规MRI报告的淋巴结状态与通过梯度决策提升树提取的T2WI和门静脉期T1WI的10个小波特征构建联合模型进行预测,其AUC在验证集为0.816[44]。此外,通过影像组学挖掘术前影像的高通量特征可以作为预测可切除胰腺癌术后肝转移早期复发的生物标志物,从而帮助医生判断患者是否需要在术前接受其他辅助治疗,以降低术后肝转移的发生风险,提高手术治疗效果[45, 46]

3.2 TME的评估

       TME在胰腺癌的发生、进展和治疗抵抗中扮演着关键角色。致密的纤维间质是胰腺癌典型的病理特征之一,这种结构显著增加了间质压力,导致肿瘤缺氧,进而影响抗癌药物的递送效率[47, 48, 49]。对于肿瘤与间质成分的定量评估主要依赖于病理检查,难以满足精准医疗的需求。近年来,影像组学技术的发展为TME的无创评估提供了新思路。例如,MENG等[50]提取并筛选出动脉期、门静脉期和延迟期T1WI中的16个影像组学特征并开发了一个XGBoost分类器,旨在评估肿瘤间质比(tumor-stroma ratio, TSR),结果显示AUC在训练集和验证集中分别达到0.82和0.78。此外,FAP作为癌症相关成纤维细胞的标志物,在肿瘤侵袭和转移中起重要作用。MENG等[51]开发了一种基于T1WI、T2WI平扫的多层感知器网络分类器,并用于预测术前FAP表达,以免疫组化定量结果为对照,该预测模型在训练集和验证集均有良好的区分度,AUC值分别为0.84和0.77,为FAP靶向治疗的患者选择提供了重要依据。高免疫抑制状态是胰腺癌的另一核心特征,尽管免疫治疗目前并不是胰腺癌的主流治疗方案,但近年来免疫微环境的重塑成为了胰腺癌治疗的新方向[52, 53, 54, 55, 56]。肿瘤内免疫细胞的浸润水平,尤其是CD8+ T细胞和B细胞的数量,是免疫检查点抑制剂治疗反应的重要预测指标。研究表明通过MRI影像组学定量分析方法能够实现无创评估CD8+ T细胞的浸润情况,该模型的AUC在验证集中达0.76[57]。LI等[58]则通过基于T1WI、T2WI平扫的多层感知器分类器预测B细胞的表面标志物CD20,从而确定新的治疗靶点。综上,影像组学通过量化TME关键组分(如间质、FAP表达及免疫细胞浸润),为胰腺癌的精准诊断、治疗决策及预后评估开辟了无创化新途径。

3.3 胰腺癌治疗监测与生存预后预测

       影像组学以及深度学习技术已广泛用于肿瘤的疗效评估与预后预测中,基于胰腺癌MRI的相关研究目前正处于起步阶段,仍有待进一步探索。DE ROBERTIS等[42]的研究表明,ADC偏度≥0.23与胰腺癌转移风险高度相关,可以辅助术前更加精确地风险分层。LU等[59]则提取了T2WI与DWI双序列的影像组学特征,并与肝转移灶最大直径构建了列线图模型,在外部验证集中该模型预测接受化学免疫疗法胰腺癌肝转移患者的6个月无进展生存期(progression free survival, PFS)、1年OS和客观缓解率(objective response rate, ORR)的AUC分别为0.864、0.818和0.846。此外,TANG等[60]提取了T1WI、T2WI以及动脉期和门静脉期T1WI的影像组学特征,最终筛选了10个特征用于构建影像组学模型,在早期复发风险评估中该模型的AUC可达0.88(内部验证集)和0.85(外部验证集)。与此同时,深度学习框架如门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)、长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)、U型网络(U-shaped network, U-Net)在DCE-MRI定量分析中逐渐显示出优势。研究表明,GRU能够将Ve参数的随机误差降低79.2%,其生成的灌注参数图的噪声以及可重复性均优于传统的非线性最小二乘法[61]

       综上所述,影像组学与深度学习技术在胰腺癌诊疗中具有显著优势。影像组学从高维影像数据中提取的细微特征可反映肿瘤与正常实质的微观差异,不仅如此,这些特征往往与肿瘤的分子特征具有一定的相关性,与治疗靶点和治疗效果密切相关。深度学习技术可以自动学习和提取庞大影像数据的特征,无须人工干预,大大提升了数据处理的效率。未来的研究仍需对前文提及的技术问题进行钻研和攻克,进一步推动胰腺癌的精准诊疗,并为个体化治疗提供更加科学的依据。

4 总结

       结构成像、功能成像和代谢成像等多种MRI技术,以及影像组学与深度学习等人工智能方法,为胰腺癌的精准诊疗提供了重要支持。结构MRI可清晰显示肿瘤的形态学特征,功能和代谢MRI则能反映肿瘤的血流灌注、代谢等信息,而影像组学与深度学习则能从海量影像数据中提取肉眼难以识别的特征,并构建预测模型,辅助诊断、分期、疗效评估及预后预测。不同MRI技术的综合应用,不仅提高了胰腺癌诊断的准确性和早期检出率,还为个体化治疗方案的制订和疗效监测提供了重要依据,推动了胰腺癌诊疗向精准化、个体化方向发展。此外,随着MRI技术的不断发展,如更高场强的MRI设备、更先进的扫描序列和更快的扫描速度等,都将为胰腺癌的精准诊疗提供更多的可能性和机遇。因此,MRI技术将在未来的胰腺癌诊疗中发挥越来越重要的作用,为患者的治疗和康复带来更多的希望和福音。

[1]
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