在医学领域，随着技术的不断进步，影像学已成为诊断疾病、评估健康状况的重要手段。然而，传统的影像学方法往往停留在对图像的直接观察上，难以深入挖掘影像数据背后的潜在信息。近年来，影像组学的兴起为医学影像学带来了革命性的变化，它通过对影像数据进行高通量提取、特征分析和模型建立，为疾病的诊断、治疗和预后提供了更加精准和全面的信息。本文将从影像组学的概念、原理、应用及未来展望等方面，科普这一新兴领域。
一、影像组学的概念与起源
影像组学（Radiomics）起源于肿瘤学领域，最早由荷兰学者Lambin P等人于2012年正式提出。影像组学是一种高通量地从医学影像（如CT、MRI、PET等）中提取大量高维定量影像特征，并进行分析的方法。这些特征涵盖了形状、纹理、密度、强度等多种维度，能够全面、无创、定量地描述病变的空间和时间异质性。通过对这些特征进行统计分析、机器学习等处理，影像组学能够建立具有诊断、预后或预测价值的模型，为个性化诊疗提供有力支持。
二、影像组学的原理与方法
1.数据获取与筛选：影像组学的研究首先依赖于高质量的影像数据。这些数据通常来自CT、MRI、PET等先进的成像设备，要求在同一设备、同一序列、同一参数下采集，以保证数据的稳定性和可比性。然而，在实际操作中，由于各种因素的影响，这种理想状态往往难以实现。因此，研究者需要根据研究目的进行数据筛选，以确保数据的准确性和可靠性。
2. ROI勾画：ROI（Region of Interest，感兴趣区）勾画是影像组学中的关键步骤。它涉及将图像分成若干特定区域，这些区域具有独特的属性，如病灶、正常参考组织或组织解剖结构。ROI勾画的准确性直接影响到后续特征提取的质量。目前，已有多种软件和工具能够实现三维ROI的自动或半自动勾画，但仍需人工审核以确保准确性。
3. 特征提取：特征提取是影像组学的核心步骤。它利用先进的图像处理技术和算法，从ROI中提取出大量高维的定量影像特征。这些特征通常包括形状特征、一阶统计学特征、纹理特征、高阶特征以及基于模型转换的特征等。通过特征提取，影像数据被转化为可挖掘的数据空间，为后续分析提供了丰富的信息源。
4. 特征选择与降维：由于提取到的特征数量庞大，且并非每个特征都与要解决的临床问题相关联，因此需要进行特征选择（降维）以去除冗余和无关特征。特征选择的方法多种多样，包括过滤式、包裹式、嵌入式等。通过这些方法，可以从原始特征集中筛选出对临床问题最有价值的特征子集。
5. 建立模型与应用：在特征选择的基础上，研究者可以针对具体的临床问题建立预测模型。这些模型通常基于机器学习算法，如支持向量机、随机森林、神经网络等。通过训练和优化模型，可以实现疾病的早期诊断、疗效评估、预后预测等功能。此外，影像组学还可以与基因组学、蛋白质组学等其他组学技术相结合，形成多组学联合分析的新模式，为精准医疗提供更加全面的信息支持。
三、影像组学的应用
1. 肿瘤诊断与分期：影像组学在肿瘤诊断与分期中的应用最为广泛。通过对肿瘤影像特征的提取和分析，可以实现对肿瘤类型的准确识别、肿瘤边界的精确勾画以及肿瘤分期的科学评估。例如，在肺癌的诊断中，影像组学可以提取出与肿瘤恶性程度相关的特征，帮助医生判断肿瘤的侵袭性和转移风险；在乳腺癌的分期中，影像组学可以评估肿瘤的大小、形态和密度等特征，在女性盆腔肿瘤良恶性鉴别中，也在不断探索以提供更精准的诊断,从而为制定个性化的治疗方案提供依据。
2. 疗效评估与预后预测：影像组学还可以用于评估肿瘤治疗的疗效和预测患者的预后情况。通过对治疗前后影像特征的对比分析，可以评估肿瘤的大小变化、密度变化等治疗效果指标；同时，结合患者的临床信息和基因检测结果等多源数据，可以建立具有预测价值的预后模型，为患者提供更加精准的预后评估和治疗建议。
3. 隐匿疾病的发现：除了肿瘤领域外，影像组学还可以应用于其他隐匿疾病的发现。例如，在心血管疾病中，影像组学可以提取出与心脏功能相关的特征，帮助医生评估心脏的健康状况；在神经系统疾病中，影像组学可以分析脑组织的结构和功能变化，为疾病的早期诊断和治疗提供依据。
影像组学作为医学影像学与生物信息学交叉融合的新兴领域，正逐步成为精准医疗的重要支柱。通过对影像数据的深入挖掘和分析，影像组学为疾病的诊断、治疗、预后预测以及个性化医疗提供了前所未有的机遇和挑战。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，影像组学必将在未来医学发展中发挥更加重要的作用，为人类的健康事业贡献更多的智慧和力量。
（作者单位：重庆市红十字会医院（江北区人民医院）放射科）
