影像組學(xué)多模態(tài)MRI量化分析用于直腸癌新輔助治療后療效及預(yù)后評(píng)估的 方法學(xué)專(zhuān)家共識(shí)

摘要

新輔助治療聯(lián)合全直腸系膜切除術(shù)已成為局部進(jìn)展期直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方案，而新輔助治療效果對(duì)后續(xù)治療方案的選擇有重要影響。MRI是直腸癌原發(fā)灶評(píng)估的首選影像學(xué)檢查技術(shù)，但在評(píng)估接受新輔助治療后的治療反應(yīng)方面還存在一定局限性。近年來(lái)，應(yīng)用影像組學(xué)分析多模態(tài)MRI圖像進(jìn)行直腸癌新輔助治療療效及預(yù)后評(píng)估已顯示出巨大潛力，但是由于在方法學(xué)流程上缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，導(dǎo)致研究成果在臨床轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用上受到限制。因此，筆者組織業(yè)內(nèi)專(zhuān)家針對(duì)應(yīng)用影像組學(xué)方法分析多模態(tài)MRI圖像進(jìn)行直腸癌新輔助治療療效及預(yù)后評(píng)估研究的規(guī)范性進(jìn)行討論，在數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、定量特征提取與篩選、構(gòu)建模型及模型評(píng)價(jià)等方面形成了共識(shí)，希望能夠進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)研究成果進(jìn)入臨床實(shí)用化階段。直腸癌是臨床最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，且直腸癌患者中首診時(shí)約70%為局部進(jìn)展期直腸癌。根據(jù)《中國(guó)結(jié)直腸癌診療規(guī)范（2020年版）》，術(shù)前影像學(xué)檢查提示cT3~4期和（或）N+的局部進(jìn)展期中下段直腸癌，建議行新輔助治療，后續(xù)根據(jù)治療后腫瘤局部及全身病變的轉(zhuǎn)歸情況制定治療決策。然而由于腫瘤異質(zhì)性、化療抵抗等原因，直腸癌患者的新輔助治療療效存在巨大的個(gè)體化差異。因此，通過(guò)預(yù)測(cè)及評(píng)估新輔助治療療效以及患者術(shù)后的預(yù)后生存情況，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的分層管理，篩選出新輔助治療受益的人群，從而輔助制定個(gè)體化治療決策。MRI是目前公認(rèn)進(jìn)行直腸癌局部腫瘤分期和療效評(píng)估的一線(xiàn)檢查技術(shù)。近年來(lái)，應(yīng)用影像組學(xué)多模態(tài)MRI量化分析進(jìn)行直腸癌新輔助治療療效及預(yù)后評(píng)估方面已經(jīng)取得了顯著成效。影像組學(xué)可從MRI圖像中挖掘高維量化特征描述腫瘤表型信息，通過(guò)構(gòu)建模型對(duì)接受新輔助治療之后的治療反應(yīng)和預(yù)后生存進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。相關(guān)研究成果也漸漸取得臨床一線(xiàn)認(rèn)可，中國(guó)臨床腫瘤學(xué)會(huì)（ChineseSocietyofClinicalOncology，CSCO）結(jié)直腸癌診療指南明確指出，雖然至今尚無(wú)直腸癌新輔助治療療效評(píng)估的影像評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但影像組學(xué)結(jié)合臨床、影像及病理多種因素建立療效評(píng)價(jià)模型可能是未來(lái)發(fā)展的方向。然而，雖然目前應(yīng)用影像組學(xué)等量化分析方法進(jìn)行直腸癌新輔助治療的療效和預(yù)后評(píng)估研究已經(jīng)取得初步進(jìn)展，但是相關(guān)研究成果在更進(jìn)一步進(jìn)入臨床實(shí)用化研究階段依然面臨巨大挑戰(zhàn)。主要體現(xiàn)在各項(xiàng)研究的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、質(zhì)量參差不齊，不僅所采用臨床數(shù)據(jù)的納入和排除標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所應(yīng)用的方法學(xué)流程和性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)也各自不同，這導(dǎo)致不同研究彼此之間的結(jié)果差異性大、研究方法的魯棒性和普適性差。由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的方法學(xué)流程框架，嚴(yán)重制約了相關(guān)研究成果的臨床轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用?；诖耍嚓P(guān)專(zhuān)家以建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的影像組學(xué)多模態(tài)MRI分析進(jìn)行直腸癌新輔助治療療效評(píng)估的方法學(xué)流程框架為導(dǎo)向，從數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、定量特征提取與篩選、構(gòu)建模型和性能評(píng)估、模型的穩(wěn)定性檢驗(yàn)和可靠性評(píng)估4個(gè)方面展開(kāi)討論并形成共識(shí)。旨在明確基于影像組學(xué)的MRI量化分析技術(shù)在該背景下的具體操作流程，以期逐步統(tǒng)一規(guī)范，推動(dòng)臨床輔助診療的實(shí)用化研究進(jìn)程。本共識(shí)的方法學(xué)流程見(jiàn)圖1。圖1

影像組學(xué)多模態(tài)MRI量化分析應(yīng)用于直腸癌新輔助治療療效和預(yù)后評(píng)估的流程圖（pCR：病理學(xué)完全緩解；TRG：腫瘤退縮分級(jí)；cCR：臨床完全緩解；RFS：無(wú)復(fù)發(fā)生存期；DM：遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；DFS：無(wú)進(jìn)展生存期；OS：總生存期；ROC曲線(xiàn)：受試者操作特征曲線(xiàn)；AUC：曲線(xiàn)下面積）一、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理來(lái)自不同掃描設(shè)備的MRI在成像方式、成像參數(shù)和成像質(zhì)量等數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方面均可能存在不統(tǒng)一的問(wèn)題，并會(huì)對(duì)后續(xù)分析產(chǎn)生影響。因此，如何通過(guò)數(shù)據(jù)規(guī)范手段統(tǒng)一影像數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，具體涵蓋圖像采集要求、數(shù)據(jù)標(biāo)注和預(yù)處理等步驟。（一）數(shù)據(jù)采集要求1.數(shù)據(jù)脫敏與質(zhì)量控制：研究所用的直腸癌MRI影像均需為通過(guò)倫理審批的或豁免的臨床脫敏數(shù)據(jù)。從影像數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出的MRI影像應(yīng)抹去敏感信息，包括但不限于機(jī)構(gòu)名、機(jī)構(gòu)地址、醫(yī)師姓名、患者姓名、患者生日等。除影像數(shù)據(jù)外，患者病例檔案中的身份證號(hào)、家庭住址、聯(lián)系方式、醫(yī)保信息等涉及個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)也不得搜集，只可記錄與研究課題相關(guān)的臨床病理檢查信息?；颊叩闹闄?quán)、同意書(shū)、補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足相關(guān)法規(guī)要求。數(shù)據(jù)的采集、傳輸和使用也必須符合《科技部人類(lèi)遺傳資源管理辦法》等相關(guān)法律法規(guī)的要求。首先需對(duì)所收集影像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查確認(rèn)，以更正或剔除不合格的數(shù)據(jù)。具體檢查內(nèi)容包括文件格式的有效性、序列的完整性、圖像內(nèi)容的正確性，以排除圖像無(wú)法讀取、序列缺失、圖像存在缺層、錯(cuò)層等問(wèn)題；也可根據(jù)具體研究要求，形成更詳盡的圖像質(zhì)量規(guī)范。在進(jìn)行圖像質(zhì)量控制過(guò)程中，需整理所遇到圖像問(wèn)題形成記錄，以便在形成納入和排除標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)回溯。2.納入及排除標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)所針對(duì)新輔助治療的療效和預(yù)后評(píng)估的臨床問(wèn)題需求，制定對(duì)應(yīng)的患者納入和排除標(biāo)準(zhǔn)?？蓞⒖既缦聵?biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)根據(jù)不同情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）由穿刺檢查確診的原發(fā)性直腸癌；（2）由治療前MRI確診分期為局部進(jìn)展期；（3）接受了新輔助治療，且之前未接受其他治療；（4）接受完新輔助治療之后繼續(xù)接受了直腸全系膜切除手術(shù)；（5）根據(jù)術(shù)后病理檢查獲得新輔助治療的治療反應(yīng)情況，或根據(jù)隨訪(fǎng)獲得預(yù)后生存情況；（6）新輔助治療前后均接受MR檢查。其中新輔助治療中同步放化療治療規(guī)范可參考《中國(guó)結(jié)直腸癌診療規(guī)范（2020版）》。放療劑量：盆腔放療次數(shù)25~28次，總劑量45.0~50.4Gy，單次劑量1.8~2.0Gy；放化療方案：（1）放療+卡培他濱，放療5周，期間卡培他濱825mg/m2，每周5天，每天2次；（2）放療+5FU持續(xù)注射，放療5周，期間5FU225mg/m2，放療期間持續(xù)滴注，每周5天。直腸癌分期標(biāo)準(zhǔn)按照美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)（AmericanJointCommitteeonCancer，AJCC）/國(guó)際抗癌聯(lián)盟（UnionforInternationalCancerControl，UICC）結(jié)直腸癌TNM分期系統(tǒng)（2017年第8版）。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）新輔助治療不完整；（2）MRI序列不全或圖像質(zhì)量不佳；（3）隨訪(fǎng)時(shí)間過(guò)短，不能客觀反映患者的預(yù)后生存情況；（4）術(shù)后病理證實(shí)為黏液腺癌。3.掃描序列要求：推薦采用患者接受新輔助治療前1周之內(nèi)采集的MRI影像和患者在新輔助治療結(jié)束后8~10周或在手術(shù)前1周內(nèi)采集的MRI影像。采集序列至少包括T2WI和DWI。根據(jù)CSCO直腸癌臨床指南，目前增強(qiáng)T1WI或動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)序列不作為常規(guī)掃描序列，因此本共識(shí)對(duì)其不作要求。在進(jìn)行MRI圖像采集之前，需進(jìn)行包括清除腸內(nèi)容物、注射抑制腸道運(yùn)動(dòng)的藥物等檢查前準(zhǔn)備，以提高圖像質(zhì)量。T2WI作為直腸癌MRI的主要序列，相關(guān)參數(shù)建議為：非脂肪抑制、小視野（如FOV160mm×160mm，矩陣256×256）、高分辨率（如平面分辨率0.6mm×0.6mm，層厚≤3.0mm，體素<1.3mm3）、窄掃描層間隔（如0.5~1.0mm），對(duì)機(jī)器型號(hào)不做限制。需依次獲取正中矢狀面、斜橫斷面和斜冠狀面圖像，其中斜橫斷面掃描線(xiàn)須垂直于病變段腸管長(zhǎng)軸，斜冠狀面掃描線(xiàn)必須平行于病變段腸管長(zhǎng)軸，以減輕部分容積效應(yīng)的影響。DWI在直腸癌新輔助治療后療效評(píng)估中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可提供T2WI之外新的組織特征對(duì)比。在DWI圖像采集中，掃描角度、FOV、層厚等掃描參數(shù)建議與T2WI保持一致。低b值推薦采用0~100s/mm2，高b值推薦采用800~1200s/mm2，對(duì)機(jī)器型號(hào)不做限制。由于國(guó)內(nèi)各家醫(yī)院不同設(shè)備間掃描參數(shù)差異較大，以上參數(shù)僅供參考。（二）數(shù)據(jù)標(biāo)注目前尚無(wú)完備可靠的直腸癌腫瘤病灶自動(dòng)提取軟件,且現(xiàn)有自動(dòng)勾畫(huà)軟件尚不能對(duì)大批量MRI均實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確勾畫(huà)，推薦使用輔助勾畫(huà)軟件進(jìn)行手工勾畫(huà),如3DSlice等。標(biāo)注人員應(yīng)至少由1名標(biāo)注醫(yī)師（初級(jí)或中級(jí)職稱(chēng)）和1名審核醫(yī)師（高級(jí)職稱(chēng)）組成。對(duì)標(biāo)注人員的統(tǒng)一要求為：（1）熟知直腸及周?chē)Y(jié)構(gòu)的解剖和直腸癌影像診斷知識(shí)；（2）熟知標(biāo)注的規(guī)范要求，熟練掌握標(biāo)注軟件的操作；（3）標(biāo)注醫(yī)師接受審核醫(yī)師培訓(xùn)，標(biāo)注結(jié)果需經(jīng)審核醫(yī)師詳細(xì)審閱并獲認(rèn)可。直腸癌MRI數(shù)據(jù)標(biāo)注主要使用T2WI和DWI兩個(gè)序列，勾畫(huà)示意圖見(jiàn)圖2~9。T2WI上的腫瘤標(biāo)注應(yīng)在斜橫斷面圖像上進(jìn)行，標(biāo)注范圍應(yīng)盡可能包含所有可見(jiàn)的腫瘤信號(hào)區(qū)域。病灶邊界難以確定時(shí)，可借助斜冠狀面和矢狀面圖像進(jìn)行輔助確定?？筛鶕?jù)不同的研究目的，選擇勾畫(huà)腫瘤所有層面或僅勾畫(huà)腫瘤最大層面，推薦勾畫(huà)腫瘤的所有層面。新輔助治療后腫瘤內(nèi)出現(xiàn)不同程度纖維化，但仍可能存在腫瘤殘余，因此對(duì)新輔助治療后采集的T2WI，勾畫(huà)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合基線(xiàn)MRI影像，勾畫(huà)瘤床區(qū)域的所有可疑信號(hào)區(qū)。如病灶完全消失，則根據(jù)基線(xiàn)MRI影像，勾畫(huà)基線(xiàn)腫瘤所處的整個(gè)瘤床區(qū)域。DWI的影像標(biāo)注通常在高b值的圖像上進(jìn)行，應(yīng)盡可能包含所有高信號(hào)的區(qū)域，推薦勾畫(huà)腫瘤的所有層面。針對(duì)新輔助治療后的DWI，同樣也需結(jié)合治療前影像進(jìn)行勾畫(huà)，以確保包含瘤床區(qū)域的所有信號(hào)。所有的標(biāo)注結(jié)果應(yīng)保存為統(tǒng)一格式，包括但不限于Nifti、MHA和NRRD格式等。關(guān)于直腸癌MRI標(biāo)注的詳細(xì)操作信息可參考《結(jié)直腸癌CT和MRI標(biāo)注專(zhuān)家共識(shí)（2020）》。圖2~9

直腸癌腫瘤病灶MRI感興趣區(qū)（ROI）勾畫(huà)示意圖。圖2~5為1名局部進(jìn)展期直腸癌患者，46歲，經(jīng)新輔助治療后達(dá)病理學(xué)完全緩解（pCR）。圖2，3分別為新輔助治療前后T2WI；圖4，5分別為治療前后DWI高b值圖。圖6~9為另1名局部進(jìn)展期直腸癌患者，55歲，經(jīng)新輔助治療后未達(dá)到pCR。圖6，7分別為新輔助治療前后T2WI；圖8，9分別為治療前后的DWI高b值圖。T2WI上的腫瘤標(biāo)注盡可能包含所有可見(jiàn)的腫瘤信號(hào)區(qū)域，DWI的影像標(biāo)注應(yīng)盡可能包含所有高信號(hào)的區(qū)域（三）數(shù)據(jù)預(yù)處理在多中心研究中，尤其是回顧性研究，不同中心的掃描設(shè)備、成像方式和采集參數(shù)設(shè)置均可能存在差異，為確保所構(gòu)建模型的泛化性和魯棒性，建議對(duì)圖像進(jìn)行以下預(yù)處理操作，以減少因圖像采集參數(shù)差異所帶來(lái)的影響。1.偏置場(chǎng)校正：受掃描設(shè)備本身以及掃描過(guò)程中磁場(chǎng)變化的影響，可能導(dǎo)致MRI圖像出現(xiàn)強(qiáng)度不均勻性。為消除這一影響，可應(yīng)用N4ITK法對(duì)圖像的強(qiáng)度直方圖進(jìn)行反卷積、重新映射強(qiáng)度的多次迭代，以消除由偏置場(chǎng)引起MRI圖像的強(qiáng)度不均勻性。2.體素標(biāo)準(zhǔn)化：受成像采集參數(shù)影響，MRI的體素尺寸可能存在差異。針對(duì)該問(wèn)題，建議對(duì)圖像進(jìn)行體素標(biāo)準(zhǔn)化，以確保每個(gè)體素所代表的實(shí)際物理尺寸一致。建議將目標(biāo)體素設(shè)置為所有體素采集參數(shù)的中值，通過(guò)應(yīng)用三次樣條插值操作實(shí)現(xiàn)體素標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，對(duì)標(biāo)注文件也進(jìn)行同樣插值操作，保持MRI與腫瘤病灶標(biāo)注區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.灰度標(biāo)準(zhǔn)化：除體素標(biāo)準(zhǔn)化外，仍需對(duì)圖像進(jìn)行灰度標(biāo)準(zhǔn)化?？蓱?yīng)用zscore歸一化對(duì)MRI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保每例患者的MRI灰度都服從于相同的分布?；叶葮?biāo)準(zhǔn)化可在MRI全部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，也可僅在勾畫(huà)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。二、定量特征提取與篩選定量特征由基于勾畫(huà)出的感興趣區(qū)的圖像矩陣計(jì)算得出，用于描述腫瘤的表型信息。所提取的特征包括形狀特征、一階統(tǒng)計(jì)特征、紋理特征和高階特征等。定量特征的提取計(jì)算可以基于所勾畫(huà)感興趣區(qū)域，采取二維或三維的計(jì)算方式均可。如何提取定量特征以及進(jìn)行特征篩選是本節(jié)的主要內(nèi)容。（一）定量特征提取所提取的定量特征可粗分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是從所勾畫(huà)感興趣區(qū)域中得出的特征，另一類(lèi)是首先對(duì)所勾畫(huà)感興趣區(qū)域進(jìn)行濾波變換，再在變換后的圖像上計(jì)算得出的特征。1.所勾畫(huà)感興趣區(qū)域的特征提?。涸谒串?huà)感興趣區(qū)域可以直接計(jì)算得出的特征主要包括三類(lèi)，分別為形狀特征、一階統(tǒng)計(jì)特征和紋理特征。形狀特征包含腫瘤體積、表面積等形態(tài)信息；一階統(tǒng)計(jì)特征是對(duì)腫瘤圖像灰度分布的統(tǒng)計(jì)信息；紋理特征捕獲腫瘤圖像中的紋理變化程度和方向。一般而言，形狀特征和一階統(tǒng)計(jì)特征的數(shù)量較少且固定，紋理特征的數(shù)量可通過(guò)設(shè)定不同的灰度統(tǒng)計(jì)矩陣來(lái)控制，常用的有灰度共生矩陣、灰度游程長(zhǎng)度矩陣等。2.經(jīng)濾波變換后的特征提取：通過(guò)對(duì)原圖進(jìn)行Gabor濾波、LoG濾波和小波濾波等操作，可以得到經(jīng)過(guò)不同濾波操作變換后的圖像，濾波后的圖像能更好地表現(xiàn)腫瘤的紋理分布，可在此基礎(chǔ)上計(jì)算一階統(tǒng)計(jì)特征和紋理特征。上述所有定量特征可直接采用Pyradiomics軟件進(jìn)行提取操作。所提取的特征也需符合影像生物標(biāo)志物標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃的規(guī)范和要求。除了以上特征之外，還可根據(jù)直腸癌腫瘤特性針對(duì)性設(shè)計(jì)量化特征，以反映腫瘤異質(zhì)性等特性。由于不同種類(lèi)特征的量綱有差別，需進(jìn)行特征標(biāo)準(zhǔn)化操作，操作方法包括但不限于zscore標(biāo)準(zhǔn)化、絕對(duì)值最大標(biāo)準(zhǔn)化、最大最小標(biāo)準(zhǔn)化等。（二）關(guān)鍵特征篩選由于所提取高維特征之間通常有冗余或存在較強(qiáng)共線(xiàn)性，因此需對(duì)已提取的特征進(jìn)行篩選，尋找最佳特征組合方式，以提高模型預(yù)測(cè)精度。針對(duì)特征數(shù)量較多的情況，一般采用三步式特征篩選，即先剔除觀察者內(nèi)和觀察者間差異較大的特征，再進(jìn)行單變量的特征篩選，最后進(jìn)行多變量的特征篩選。1.剔除觀察者內(nèi)和觀察者間差異較大的特征：比較觀察者內(nèi)和觀察者間的特征差異，降低人為因素對(duì)特征計(jì)算的影響?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算組間一致性系數(shù)反映特征在觀察者內(nèi)和觀察者間的魯棒性，通過(guò)設(shè)定閾值剔除差異較大的特征，一般可將一致性系數(shù)閾值設(shè)定為0.7~0.8。2.單變量的特征篩選：通過(guò)逐個(gè)分析單個(gè)特征的預(yù)測(cè)性能，從而保留預(yù)測(cè)性能較高的特征。該方法包括但不限于兩獨(dú)立樣本t

檢驗(yàn)、秩和檢驗(yàn)、Pearson相關(guān)性分析、遞歸消除法等。除常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法外，還可針對(duì)直腸癌接受新輔助治療療效評(píng)估問(wèn)題應(yīng)用基于雙重差分方法等的特征篩選方法，以獲取關(guān)鍵特征信息。3.多變量的特征篩選：通過(guò)尋找最優(yōu)特征組合以實(shí)現(xiàn)最佳預(yù)測(cè)效果，包括線(xiàn)性回歸算法，如逐步回歸、最大Rsquare增量法等；非線(xiàn)性回歸算法，如最小絕對(duì)值選擇與收縮算子回歸（LASSO

regression）、彈性網(wǎng)回歸（elasticnetregression）、決策樹(shù)分析（decisiontree）方法等。在應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)奶卣骱Y選方法。三、構(gòu)建模型和性能評(píng)估（一）構(gòu)建新輔助治療療效評(píng)估模型和性能評(píng)估針對(duì)直腸癌新輔助治療反應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，需要先確立預(yù)測(cè)及評(píng)估目標(biāo)，再利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)及評(píng)估模型。主要包括確立預(yù)測(cè)目標(biāo)、模型構(gòu)建和性能評(píng)價(jià)3個(gè)部分。1.確立預(yù)測(cè)目標(biāo)：直腸癌新輔助治療反應(yīng)主要包括以下4種。（1）病理學(xué)完全緩解（pathologicalomplete

response，pCR）：pCR為直腸癌新輔助治療反應(yīng)評(píng)估中最常用的預(yù)測(cè)目標(biāo)，即經(jīng)過(guò)新輔助治療后實(shí)現(xiàn)腫瘤完全退縮，顯微鏡下已完全找不到腫瘤細(xì)胞。在后續(xù)的模型構(gòu)建中將達(dá)到pCR定義為1，未達(dá)到pCR定義為0。（2）腫瘤退縮分級(jí)（tumorregressionrade，TRG）：通過(guò)量化腫瘤退縮改變（如壞死、黏液變、纖維化等）與殘余腫瘤的比例來(lái)進(jìn)行定義。目前尚無(wú)公認(rèn)的最佳TRG評(píng)分方法，本共識(shí)推薦使用AJCC第8版的TRG評(píng)分系統(tǒng)?？筛鶕?jù)TRG評(píng)分將患者歸類(lèi)為完全退縮（0級(jí)）、部分退縮（1~2級(jí)）、退縮不良（3級(jí)）?？舍槍?duì)具體研究目的將其中一組定義為1，剩余兩組定義為0。目前已有研究分別針對(duì)部分退縮和退縮不良的患者進(jìn)行治療反應(yīng)的預(yù)測(cè)，并取得了較好的效果。（3）臨床完全緩解（clinicalcompleteresponse，cCR）：cCR是臨床上最接近pCR的預(yù)測(cè)指標(biāo)，新輔助治療后達(dá)到cCR的患者可進(jìn)行觀察等待隨訪(fǎng)，以規(guī)避不必要的手術(shù)治療?；颊咧委熀蠼?jīng)體格檢查及輔助檢查，發(fā)現(xiàn)局部無(wú)腫瘤殘余證據(jù)，即臨床分期T0N0，則被認(rèn)為達(dá)到cCR。在后續(xù)的模型構(gòu)建中將達(dá)到cCR定義為1，未達(dá)到cCR定義為0。（4）分期降期：臨床上部分患者在經(jīng)過(guò)新輔助治療之后，治療效果較好，腫瘤經(jīng)治療后顯著退縮降期至T1~T2期。在接受新輔助治療之后，對(duì)達(dá)到分期降期的患者進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，可輔助臨床制定手術(shù)方案，通過(guò)接受局部切除手術(shù)實(shí)現(xiàn)保肛，從而獲得較好的生存質(zhì)量。在后續(xù)的模型構(gòu)建中將達(dá)到分期降期定義為1，未達(dá)到分期降期定義為0。2.治療反應(yīng)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建：基于篩選出的關(guān)鍵量化特征和所確立的預(yù)測(cè)目標(biāo)，可利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建預(yù)測(cè)評(píng)估模型。直腸癌接受新輔助治療的治療反應(yīng)預(yù)測(cè)可轉(zhuǎn)歸為分類(lèi)問(wèn)題，常用的模型包括但不限于邏輯回歸、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等。模型構(gòu)建過(guò)程中推薦采用交叉驗(yàn)證的方式尋找模型構(gòu)建的最優(yōu)參數(shù)，并提高模型的穩(wěn)定性。若數(shù)據(jù)集存在不均衡情況，可在模型訓(xùn)練中采取加入權(quán)重等操作，從而提高模型性能和魯棒性；若模型在構(gòu)建過(guò)程中存在過(guò)擬合或欠擬合現(xiàn)象，可重新調(diào)整特征篩選策略。此外，模型構(gòu)建完之后，可將模型輸出作為治療效果評(píng)估的量化得分，并與臨床相關(guān)指標(biāo)一起構(gòu)建組合模型，更進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)評(píng)估準(zhǔn)確性等性能。在臨床數(shù)據(jù)充足的前提下，建議采用盡可能大的數(shù)據(jù)量樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練以保障模型性能及魯棒性，建議數(shù)據(jù)量不低于200例；當(dāng)采用多中心數(shù)據(jù)時(shí)，建議按中心進(jìn)行訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的劃分。上述邏輯回歸、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等模型在以往的研究中均有采用，并獲得了較好的療效評(píng)估效果。尤其是研究人員應(yīng)用支持向量機(jī)構(gòu)建的pCR評(píng)估模型，達(dá)到了0.97的準(zhǔn)確度。此外，也有研究聯(lián)合MRI與病理圖像預(yù)測(cè)直腸癌新輔助治療反應(yīng)，取得了較好的效果，可能成為未來(lái)的研究方向。3.性能評(píng)價(jià)：模型的性能可采用準(zhǔn)確度、靈敏度、特異度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。ROC曲線(xiàn)下面積（areaunderthecurve，AUC）也是評(píng)價(jià)模型性能最常用的指標(biāo)之一。以上所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值都在0~1之間，取值越接近1，表明模型的預(yù)測(cè)性能越好。此外，可使用校正曲線(xiàn)來(lái)評(píng)估模型的預(yù)測(cè)療效與真實(shí)療效之間的一致性；決策分析曲線(xiàn)評(píng)估模型可能給患者帶來(lái)的臨床收益；為方便臨床應(yīng)用，還可通過(guò)繪制列線(xiàn)圖將模型可視化。（二）構(gòu)建新輔助治療預(yù)后預(yù)測(cè)模型和性能評(píng)估預(yù)測(cè)直腸癌新輔助治療后的預(yù)后生存情況，同樣需先確立預(yù)測(cè)目標(biāo)，再利用參數(shù)回歸方法構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)模型。1.確立預(yù)測(cè)目標(biāo)：為確立預(yù)后預(yù)測(cè)目標(biāo)，需進(jìn)行規(guī)范密切隨訪(fǎng)，并以此為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)患者預(yù)后不良事件的發(fā)生時(shí)間，從而根據(jù)研究目的最終確立預(yù)測(cè)目標(biāo)。（1）隨訪(fǎng)方案：對(duì)于接受全直腸系膜切除術(shù)的患者，其隨訪(fǎng)應(yīng)嚴(yán)格遵照指南推薦的隨訪(fǎng)頻率和檢查內(nèi)容要求進(jìn)行；而對(duì)于接受觀察等待策略的非手術(shù)患者，目前尚無(wú)公認(rèn)的隨訪(fǎng)方案，本共識(shí)推薦根據(jù)指南及相關(guān)共識(shí)的建議，結(jié)合患者情況，制定合理密切的隨訪(fǎng)方案。（2）預(yù)后不良事件：直腸癌患者的預(yù)后不良事件主要包括局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，一方面可將其作為預(yù)后預(yù)測(cè)目標(biāo)，事件發(fā)生記為1，否則記為0；另一方面，也可將無(wú)局部復(fù)發(fā)生存期和無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移生存期作為預(yù)后預(yù)測(cè)目標(biāo)；類(lèi)似地，也可將無(wú)進(jìn)展生存期（無(wú)疾病生存期或無(wú)復(fù)發(fā)生存期）和總生存期作為預(yù)測(cè)目標(biāo)。需注意區(qū)分不同預(yù)測(cè)目標(biāo)間的區(qū)別。2.預(yù)后預(yù)測(cè)模型構(gòu)建：基于篩選出的關(guān)鍵量化特征和所確立預(yù)測(cè)目標(biāo)，可構(gòu)建預(yù)后預(yù)測(cè)模型。直腸癌接受新輔助治療的治療反應(yīng)預(yù)測(cè)可轉(zhuǎn)歸為預(yù)后預(yù)測(cè)問(wèn)題，常用的模型包括但不限于比例風(fēng)險(xiǎn)回歸模型、隨機(jī)生存森林模型、基于深度學(xué)習(xí)的生存分析模型等。與治療反應(yīng)評(píng)估模型的構(gòu)建過(guò)程類(lèi)似，預(yù)后預(yù)測(cè)模型同樣推薦采用交叉驗(yàn)證方式尋找模型構(gòu)建最優(yōu)參數(shù)。若模型性能存在過(guò)擬合或欠擬合現(xiàn)象，可重新調(diào)整特征篩選策略。此外，模型構(gòu)建完之后，可將模型輸出作為預(yù)后預(yù)測(cè)的量化得分，并與臨床相關(guān)指標(biāo)一起構(gòu)建組合模型，更進(jìn)一步提高預(yù)后預(yù)測(cè)性能。在臨床數(shù)據(jù)充足的前提下，建議采用盡可能大的數(shù)據(jù)量樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練以保障模型性能及魯棒性，建議數(shù)據(jù)量不低于200例；當(dāng)采用多中心數(shù)據(jù)時(shí)，建議按中心進(jìn)行訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的劃分。已有研究報(bào)告顯示從MRI中提取的定量特征可用于預(yù)測(cè)直腸癌患者的無(wú)進(jìn)展生存期、局部復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等，從而有望為協(xié)助臨床制定個(gè)體化輔助化療決策提供客觀依據(jù)。3.性能評(píng)價(jià)：預(yù)后生存預(yù)測(cè)模型可采用一致