前献解泌第40期 | 蔡燚教授与您共同探讨AI在前列腺癌诊断中的价值

摘要：本期与我们用声音见面的是中南大学湘雅医院蔡燚教授，他将与大家一同分享一项近日发表于《Lancet Oncology》杂志（影响因子：41.6）的一项有关人工智能（artificial intelligence，AI）用于前列腺癌磁共振成像（magnetic r

聚前沿文献之声，解泌尿学术之惑

聚前沿文献之声，解泌尿学术之惑，这里是聚焦前列腺癌的《菲长视野 · 前献解泌》专栏。

本期与我们用声音见面的是中南大学湘雅医院蔡燚教授，他将与大家一同分享一项近日发表于《Lancet Oncology》杂志（影响因子：41.6）的一项有关人工智能（artificial intelligence，AI）用于前列腺癌磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）检查的研究。

研究背景

前列腺癌是一种基因多样性疾病，不同患者的预后差异较大。多项临床研究证实，惰性（无临床意义）前列腺癌的发生率较高但癌症特异性死亡率较低（1%）。而侵袭性（有临床意义）前列腺癌往往发展至晚期并导致患者死亡，2020年世界范围内共有超37.5万人死于前列腺癌。

近年来，MRI在前列腺癌诊断中的作用愈发重要，欧洲、英国和美国的临床指南中，均建议在前列腺穿刺活检之前进行MRI检查。放射科医生采用前列腺成像报告和数据系统（Prostate Imaging—Reporting and Data System，PI-RADS）对前列腺MRI检查进行标准化评估，MRI驱动的诊断流程减少了不必要的活检，但容易受到低特异性以及不同阅片者读片差异的影响。AI模型已在乳腺癌和前列腺癌等多个肿瘤的专业医学影像图片的分析中展示出与临床专家相当的效能，利用AI协助临床医生进行阅片可以满足全球对医学影像学不断增长的需求。但是，循证医学证据的不充分限制了AI在前列腺癌诊断中的广泛应用。

本研究假设，最先进的AI模型经过数千次患者检查数据的训练，在使用MRI检测临床显著性的前列腺癌时，具有不劣于放射科医生的效能。为了验证这一假设，研究者开展了这项国际性比较研究——前列腺成像-癌症AI（Prostate Imaging-Cancer Artificial Intelligence，PI-CAI）挑战。在这项研究中，研究者开发、训练了一种AI系统，并通过大型、多中心研究队列进行临床显著性前列腺癌检测的外部测试，并将该系统的数据与参与国际多阅读者研究的放射科医生的读片数据以及多学科实践中进行的放射学读片数据进行比较[1]。

研究方法

在这项国际多中心、配对、非劣效性、验证性研究中，研究者利用一项包含9129例前列腺癌患者的回顾性队列中，10207次MRI检测结果训练并验证了一个AI系统，用以检测Gleason分级分组为2或更高的前列腺癌。所有数据中，来自荷兰3个医疗中心的9207次检测结果用于AI系统的训练与调整，来自荷兰和挪威4个医疗中心的1000次检测结果用于测试。同时，研究者还促成了一项由来自20个国家45个医疗中心的62名放射科医生（MRI读片经验中位数7年，四分位距[interquartile range，IQR] 5-10）参与的多阅读者多病例观察研究，这些医生根据PI-RADS（2.1）标准，对测试队列的400个配对MRI检测结果进行读片。主要研究终点是比较AI系统和放射科医生通过MRI检测临床显著性前列腺癌的敏感度、特异度、受试者工作特征曲线下面积（Area Under the Receiver Operating Characteristic Curve，AUROC）。

研究结果

2022年6月12日至11月28日，共有来自53个国家的839人参与AI系统的开发，并提交了293种算法，研究者将其中表现最好的5种深度学习模型以相同的权重组合成一个单独的AI系统。研究共纳入10207次MRI检测结果（中位年龄66岁，IQR 61-70；中位前列腺特异性抗原[prostate-specific antigen，PSA]8 ng/mL，IQR 5-11），其中2440例经组织学证实为临床显著性前列腺癌。

在包含400个配对数据的测试集中，AI系统的AUROC为0.91（95%置信区间[confidence interval，CI] 0.87-0.94），符合预先设定的非劣效性标准，并在病例水平上展示出优于62名放射科医生（AUROC=0.86，95%CI 0.83-0.89，p＜0.0001）的诊断能力，详见图1A和图1C。以PI-RADS 3分及以上作为评估标准，在相同的特异度下（57.7%，95%CI 51.6-63.3），AI系统检测到临床显著性前列腺癌的比例增加了6.8%（9/133）；在相同的敏感度（89.4%，95%CI 85.3-92.9）下，AI系统的假阳性结果减少了50.4%（57/113），Gleason分级分组为1的前列腺癌检出率减少了20%（8/40）。平均而言，以PI-RADS 3分及以上作为评估标准，放射科医生的阳性预测值为53.2%（95%CI 47.0-59.3），阴性预测值为90.2%（85.2-94.1）；而在相同的灵敏度下（89.4%），AI系统的阳性预测值为68.0%（95%CI 60.5-74.6），阴性预测值为93.8%（95%CI 90.6-96.7）。

图1 AI系统检测临床显著性前列腺癌的效能

在包含1000次检测数据的测试集中，AI系统的AUROC为0.93（95%CI 0.91-0.94）。以PI-RADS 3分及以上作为标准，多学科临床实践中放射学读数的特异度为69.0%（95%CI 65.5-72.5）；而当灵敏度相同时（96.1%，95%CI 94.0-98.2），AI系统的特异度更低（68.9%，95%CI 65.5-72.5），未表现出非劣效性，但特异度差异（-0.04）的双侧95%CI下限在非劣效性区间内（-0.05），p值低于显著性阈值（p＜0.001，详见图1B和图1D）。以PI-RADS 3分及以上作为标准，多学科临床实践中放射学读数的阳性预测值为60.6%（95%CI 56.6-64.8），阴性预测值为97.3%（95%CI 95.8-98.7）；而在相同灵敏度下（96.1%），AI系统的阳性预测值为60.5%（95%CI 56.4-64.7），阴性预测值为97.3%（95.8-98.7）。

事后分析结果显示，放射科医生和AI系统均未漏检临床显著性前列腺癌（无假阴性）。但是，在3.5%（14/400）的患者中，放射科医生和AI系统均得到了假阳性结果。在多学科临床实践中，上述患者中有13例PI-RADS≥3分，经系统/MRI靶向活检、前列腺切除术标本，12例患者被诊断为Gleason分级分组1，剩余2例患者无任何前列腺癌迹象。参与专家认为，MRI结果异常可能是由于惰性和非癌症混杂因素（如肉芽肿性前列腺炎）。

研究结论

本研究结果证实，AI系统在检测临床显著性前列腺癌方面优于使用PI-RADS的放射科医生，与标准治疗的效能相当，展示了其作为初级诊疗中支持性工具的潜力。AI系统将通过减轻不断增加的工作量、避免过度诊断、减少对经验丰富的放射科医生的依赖等途径为前列腺癌诊断带来更多帮助，但仍然需要在前瞻性临床研究中进一步验证该系统的适用性。

专家有话说

前列腺癌是一种高度异质性的肿瘤，不同患者预后差异极大。与欧美等发达国家相比，我国前列腺癌患者以晚期和转移性前列腺癌为主，整体5年生存率差距较大，积极推动早筛早诊是改善前列腺癌患者预后的关键环节。近年来，AI技术在前列腺癌病理诊断、预后预测、分子分型等方面均进行了深入探索，但多数模型受限于数据量偏少、未经过外部验证等因素，未能得到广泛的应用。本研究的AI模型经由大量数据训练，并在多中心队列中进行验证，在检测临床显著性前列腺癌方面具有很好的准确度和特异度，可以为临床病理科医生带来更多的帮助。期待未来能够将AI模型与临床实践更好地结合，避免过度诊断的发生，提高前列腺癌患者的诊疗体验。

新型技术的不断涌现为前列腺癌患者带来了更多行之有效的诊疗手段。而作为激素依赖性肿瘤，雄激素剥夺治疗（androgen-deprivation therapy，ADT）一直在前列腺癌治疗中发挥基石作用，也是各种联合治疗的基础。曲普瑞林是临床最常用的ADT药物之一，在前列腺癌领域累积了丰富的循证医学证据和使用经验。2023年6月，曲普瑞林6月剂型在我国获批，为中国前列腺癌患者带来了更为长效、便捷的疾病控制选择。临床研究证实，曲普瑞林6月剂型可使90%以上患者持续达到深度降酮水平。一项包含9项前瞻性研究的汇总分析，纳入920例晚期/转移/局部治疗后生化复发的前列腺癌患者，使用曲普瑞林治疗2-12个月。结果显示，曲普瑞林治疗1、3、6、9和12个月时，睾酮水平＜20 ng/dL的患者比例分别为79%、92%、93%、90%和91%。研究结束时，接受曲普瑞林1月、3月和6月剂型治疗患者的血清睾酮中位数分别为2.9（2.9-6.5）、5.0（2.9-8.7）和8.7（5.8-14.1）ng/dL。曲普瑞林6月剂型治疗的第6、9和12个月时，睾酮水平＜20 ng/dL的患者比例分别为94%、92%和91%[2]。此外，曲普瑞林6月剂型疗效稳定，无论对初治亦或是换药患者均可有效降低PSA。一项真实世界、回顾性、非干预研究，纳入了88例接受6月剂型曲普瑞林治疗的转移性前列腺癌患者，其中47例初始接受曲普瑞林6月剂型治疗，41例由促性腺激素释放激素激动剂（gonadotropin-releasing hormone agonist，GnRH-a）1月/3月剂型更换为曲普瑞林6月剂型治疗。结果显示，换用曲普瑞林6月剂型后，患者的检查次数减少46.8%、PSA检测次数减少46.8%、注射次数降低26.6%（P均＜0.0001）；患者与医疗保健人员的互动次数减少41.5%，降低了患者的医疗成本。此外，在治疗12个月时，初始6月剂型曲普瑞林治疗患者中位PSA从诊断时的23.50 ng/mL下降为1.30 ng/mL，更换为6月剂型曲普瑞林治疗患者中位PSA从换药时的0.35 ng/mL下降为0.24 ng/mL[3]。

综上，曲普瑞林6月剂型可以有效降低前列腺癌患者的睾酮和PSA水平，并长期保持稳定，整体耐受性良好。同时，6月剂型进一步降低注射频率，减少注射次数，可以减轻患者负担，有助于改善患者的诊疗便利性与治疗依从性，赋能前列腺癌全程管理。

专家简介

蔡燚教授

中南大学湘雅医院

中南大学湘雅医院泌尿外科

副研究员、博士生导师

湖南省杰出青年基金获得者

中华医学会泌尿外科分会基础学组委员

中国研究型医院学会泌尿外科学专业委员会副秘书长

中国医师协会泌尿外科分会数字与人工智能学组委员

中华医学会老年医学分会泌尿肿瘤青年医师联盟成员

《中华泌尿外科杂志》青年编委