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Nature子刊:非增强胸部CT联合AI,或为食管癌早期筛查提供新路径

10月12日
编译:肿瘤资讯
来源:肿瘤资讯

食管癌早期症状不明显,多数患者确诊时已失去根治性治疗机会。内镜虽可直接观察黏膜并取材,但侵入性、成本和依从性限制了其在无症状人群中的普及;胸部非增强CT(NC CT)无创、快速、可及,已广泛用于常规检查和肺癌低剂量CT(LDCT)筛查[1]。难点在于食管易塌陷、受心脏大血管搏动影响,早期病变体积小,常规阅片难以稳定识别。近日发表于Nature Medicine的一项研究开发了食管人工智能恶性病变评估模型(EAGLE),尝试从胸部NC CT中识别高级别上皮内瘤变(HGIN)和食管癌,并在3个国家、12个中心、共80612例患者中完成多场景验证[2]。【肿瘤资讯】特整理该研究的主要发现及其潜在临床意义,以飨读者。

研究背景

GLOBOCAN 2022估计全球食管癌新发约51.1万例、死亡约44.5万例[3]。食管癌主要包括鳞状细胞癌和腺癌,两者在危险因素、解剖部位和地域分布上存在差异。中国食管鳞癌和腺癌的5年相对生存率分别为36.9%和34.8%,美国分别为18.5%和22.3%[4,5]。中国已在高危地区开展人群内镜筛查,但系统综述显示实际筛查的依从性和阳性检出率仍存在差异[6]。若能利用既有胸部CT完成初步风险分层,再将高风险人群转诊内镜,或可在不增加额外影像检查的情况下扩大覆盖面。

研究设计

研究团队在中山大学肿瘤防治中心和四川省肿瘤医院收集6813例NC CT用于训练(264例HGIN、548例Ⅰ期、2932例Ⅱ~Ⅳ期、3069例阴性对照)[2]。EAGLE采用两阶段结构:先在三维CT中定位食管,再同时完成病灶分割和患者层面恶性风险预测,并输出病灶分割和分类热图。不同场景采用不同阈值——一般临床人群以较高特异度为目标以减少假阳性,内镜筛查前风险分层以较高敏感度为目标以尽量减少漏诊。

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图1:EAGLE模型的开发、验证及临床应用。(a)模型开发;(b)多场景验证;(c)临床流程优化

常规NC CT与LDCT表现

内部测试(2500例)AUC 0.991、敏感度89.4%、特异度99.3%;中国、捷克和澳大利亚8中心外部验证(11466例)AUC 0.976、敏感度89.5%、特异度98.5%。按病变类型,外部队列对HGIN、食管癌和Ⅰ期食管癌的敏感度分别为52.5%、90.0%和60.1%,提示模型对浸润性癌识别能力较高,对癌前病变和早期病变仍有限[2]。在1607例LDCT中,当运行点设为约99%特异度时,低剂量模拟策略模型总体敏感度88.4%,高于原始模型的83.0%,提示食管癌识别有望嵌入现有肺癌LDCT筛查流程[2,7]。

图2 EAGLE模型在非增强CT及低剂量CT队列中的诊断性能。a–d)非增强CT(NC CT)测试结果;(e–g)低剂量CT(LDCT)测试结果。

图3 EAGLE模型辅助阅片者识别食管恶性病变的诊断性能。(a–b)比较EAGLE与17名不同资历阅片者独立阅片及EAGLE辅助阅片时的食管恶性病变检出表现。(c)比较阅片者独立诊断、EAGLE独立诊断及EAGLE辅助诊断的灵敏度、特异度和曲线下面积(AUC)。(d)比较3种诊断方式对高级别上皮内瘤变(HGIN)及不同TNM分期食管癌(EC)的检出灵敏度。(e)EAGLE辅助下不同资历阅片者诊断EC的平衡准确率提升情况。(f)展示阅片者初次阅片漏诊、经EAGLE辅助后识别的食管癌病例,增强CT图像仅供参考。

真实世界校准与阅片辅助

研究团队利用部署中发现的复杂病例校准形成EAGLE-Plus,在14644例队列中将假阳性由432例降至118例(减少72.7%),阳性预测值由25.3%升至55.0%,敏感度保持相近(89.6%对88.3%)[2]。在300例、4中心、17名放射科医生参与的阅片研究中,医生单独阅片敏感度71.9%、特异度79.6%,获得EAGLE的病灶定位和风险提示后分别升至85.7%和91.7%,差异均有统计学意义。作者指出,模型独立表现不能直接等同于人机协同效果,EAGLE更适合被定位为提醒和决策支持工具,而非自动替代放射科医生[2]。

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图4:EAGLE-Plus模型的真实世界校准及前瞻性验证。(a)真实世界模型校准与验证;(b)前瞻性验证;(c)真实世界低剂量CT(LDCT)验证。

内镜前风险分层与前瞻性验证

在702例同时接受NC CT和内镜的外部队列中,EAGLE的AUC 0.932、敏感度90.2%、特异度84.7%,对HGIN、食管癌和Ⅰ期食管癌敏感度分别为65.0%、92.2%和78.4%。在结合重采样构建的模拟队列中,直接内镜检出率为1.7%,先经EAGLE分层后升至5.2%,理论上约67.6%的内镜检查可被避免[2]。在17446例前瞻性医院验证中,EAGLE-Plus生成90例阳性预测,其中38例确认为食管癌或HGIN,阳性预测值42.2%,对食管癌敏感度87.8%;在10959例真实世界LDCT体检人群中仅8例阳性,1例确诊食管癌,特异度达99.94%[2]。

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图5 :EAGLE模型在食管癌内镜筛查人群中的诊断性能及风险分层价值。(a–c)内镜筛查项目外部测试队列(n=702,中心K和L)的验证结果;(d)中心L的4例食管癌(EC)患者,EAGLE可通过确诊前的CT影像,较内镜确诊时间至少提前9个月识别病变。(e)在中心K前瞻性入组的人群内镜筛查队列中验证EAGLE风险分层策略

研究局限性

训练和验证数据主要来自中国,尽管纳入捷克和澳大利亚外部数据,国际人群泛化能力仍需验证;模型对HGIN和Ⅰ期食管癌敏感度低于总体食管癌,提示对极早期和表浅病变存在盲区;内镜前分层证据主要来自回顾性配对队列和含模拟成分的探索性分析,阳性病例有限;医院前瞻性与LDCT验证随访不足2年,部分AI阳性者未完成内镜,真实敏感度可能被低估;阅片研究虽设洗脱期并随机排序,但无完整交叉设计,记忆偏倚难以完全排除[2]。

小结

该研究开发并验证了EAGLE,显示人工智能有可能从常规NC CT和LDCT中识别食管癌及部分癌前病变:外部验证对食管癌敏感度90.0%、特异度98.5%,前瞻性医院验证阳性预测值42.2%,真实世界LDCT队列特异度99.94%,同时可改善放射科医生阅片表现并提高内镜筛查效率。其最现实的定位是常规CT和LDCT的机会性筛查工具及内镜前风险分层工具;能否进一步降低食管癌死亡率仍需更大规模、更长随访的前瞻性研究。临床上,AI阳性仍应经专科评估、内镜和病理确认,AI阴性也不能替代基于症状、危险因素和指南的临床判断[2]。

参考文献

[1] Lao-Sirieix P, Fitzgerald RC. Screening for oesophageal cancer. Nat Rev Clin Oncol. 2012;9(5):278-287. doi:10.1038/nrclinonc.2012.35
[2]Zhou J, Guo G, Yao J, et al. Large-scale esophageal cancer screening through noncontrast computed tomography and artificial intelligence. Nat Med. Published online 2026. doi:10.1038/s41591-026-04656-4
[3]Bray F, Laversanne M, Sung H, et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2024;74(3):229-263. doi:10.3322/caac.21834
[4]He S, Xia C, Li H, et al. Cancer profiles in China and comparisons with the USA: a comprehensive analysis in the incidence, mortality, survival, staging, and attribution to risk factors. Sci China Life Sci. 2024;67(1):122-131. doi:10.1007/s11427-023-2423-1
[5]An L, Zheng R, Zeng H, et al. The survival of esophageal cancer by subtype in China with comparison to the United States. Int J Cancer. 2023;152(2):151-161. doi:10.1002/ijc.34232
[6]Li H, Teng Y, Yan X, et al. Profiles and findings of population-based esophageal cancer screening with endoscopy in China: systematic review and meta-analysis. JMIR Public Health Surveill. 2023;9:e45360. doi:10.2196/45360
[7]Aberle DR, Adams AM, Berg CD, et al. Reduced lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening. N Engl J Med. 2011;365(5):395-409. doi:10.1056/NEJMoa1102873

责任编辑:肿瘤资讯-ALFY
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