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第一部分基于治疗前磁共振图像预测局部进展期直肠癌预后的研究目的:在治疗前准确评估局部晚期直肠癌患者的复发风险对于制定治疗策略尤为重要。本研究旨在使用磁共振成像技术,探索磁共振标志物对局部进展期直肠癌患者预后价值,并开发一种基于磁共振的评分系统,为TNM分期系统提供补充信息,协助临床决策者与患者就治疗策略进行知情的风险-收益讨论。材料与方法:2009年9月至2020年6月期间,来自两个队列的共计1287名局部晚期直肠癌患者被纳入本研究,包括队列1及队列2。队列1的患者来自五个中心,队列2的患者为回顾性收集的前瞻性NCT04271657试验中的患者。磁共振图像由参与医院的1.5T或3.0T磁共振扫描仪进行扫描,直肠癌磁共振指标进行人工评估,包括:mrN分期、mrT分期、mrTDs（tumor deposits,肿瘤沉积）、mrEMVI（extramural vascular invasion,壁外血管侵犯）及 mrCRM（circumferential resection margin,环周切缘）。我们的评分系统 mrTEC,包括mrTDs、mrEMVI和mrCRM。每个高风险的MRI标志物被赋予1分,总分从0分到3分。绘制3年无病生存期（disease-free survival,DFS）和5年总生存期（overall survival,OS）的Kaplan-Meier曲线,以显示各组患者生存率的差异,并通过log-rank检验计算P值。结果:（1）mrN1期并且mrTD阳性患者的3年DFS及5年OS明显低于mrN1期并且mrTD阴性患者（P＜0.0001）;mrN2期并且mrTD阳性患者的3年DFS及5年OS明显低于mrN2期并且mrTD阴性患者（P＜0.0001）。（2）mrT 分期预测 DFS 的 C-index 为 0.55（95%CI 0.52-0.58）,OS 为0.57（95%CI 0.53-0.66）。mrCRM 状态预测 DFS 的 C-index 为 0.60（95%CI 0.57-0.64）,OS 为 0.64（95%CI 0.59-0.68）。（3）队列 1 所有患者的 3 年 DFS 为 79.6%（95%CI 77.2%-82.1%）,5 年OS 为 84.8%（95%CI 82.0%-87.6%）。mrTEC 总分 0 至 3 的患者的 3 年 DFS 分别为 91.0%、79.5%、65.5%和 44.0%,5 年 OS 分别为 92.9%、87.1%、74.8%和44.5%。（4）mrTEC分数在队列1中与直肠癌新辅助治疗疗效相关,TRG为0的患者往往被评估为相应较低的标记分数,并具有边缘统计学意义（P=0.059）,队列2的患者观察到与队列1相似的趋势（P＞0.05）。结论:（1）现阶段根据八版TNM分期系统建议,一旦出现淋巴结转移就完全忽略肿瘤沉积对患者的影响是完全不合理的。我们建议在进行磁共振直肠癌的评估时需要单独汇报患者是否存在肿瘤沉积。（2）与mrT分期相比,mrCRM状态对局部进展期直肠癌患者有更高的预后价值。在预测局部进展期直肠癌患者预后时,同时考虑mrT分期和mrCRM状态是非常重要的。（3）我们开发了 mrTEC评分系统,这是一个基于MRI的评分系统,用于识别真正的高风险和低风险的局部晚期直肠癌患者。（4）mrTEC评分系统在治疗前对局部进展期直肠癌预后的预测效果较好。对新辅助治疗疗效有一定的预测能力,并且在术后肿瘤退缩分级相同的情况下,也展现出了 mrTEC评分系统优秀的预后能力。第二部分 基于活检数字病理图像预测局部进展期直肠癌预后的研究目的:本研究旨在利用人工智能神经网络技术及全视野数字化病理切片,全自动识别并量化活检病理组织H＆E染色切片中的病理预后标志物,并对局部进展期直肠癌在治疗前进行预后评估。材料与方法:本研究从中山大学附属肿瘤医院（SYSUCC）的临床数据库中招募患者局部进展期直肠癌患者,最后共473名局部晚期直肠癌患者被纳入本研究。治疗前活检H＆E染色切片用数字全切片扫描仪（徕卡,Aperio-AT2,美国）扫描。使用人工智能网络对病理切片进行组织及细胞分割,提取组织层面及免疫细胞层面的预后标志物。组织层面量化了肿瘤粘液比、肿瘤坏死比及肿瘤间质比。免疫细胞层面定量了肿瘤浸润中性粒细胞、淋巴细胞及肿瘤内中性粒细胞及淋巴细胞之比;肿瘤基质浸润中性粒细胞、淋巴细胞及肿瘤基质内中性粒细胞及淋巴细胞之比。绘制3年DFS（disease-free survival,无病生存期）和5年OS（overall survival,总生存期）的Kaplan-Meier曲线,以显示各组患者生存率的差异,并通过log-rank检验计算P值。并用Cox多变量分析法计算危险比和95%置信区间（CIs）,以确认不同变量的预后价值。结果:（1）肿瘤间质比与患者的3年DFS相关。我们根据四分组法,选择75%为最佳分位数,得出TSR的最佳阈值为0.609,将患者分为高肿瘤间质比组及低肿瘤间质比组,其DFS的预后曲线显示高肿瘤间质对肿瘤预后不利（P=0.031）。（2）肿瘤浸润中性粒细胞与患者的3年DFS相关。最佳阈值选择通过使用R软件中的“maxstat”来确定,最佳阈值为93.304个/mm2,将患者分为高肿瘤浸润中性粒细胞组及低肿瘤浸润中性粒细胞组,其DFS的预后曲线显示高中性粒细胞浸润对肿瘤预后不利（P=0.0098）。（3）构建病理综合评分系统（Path-M）,高肿瘤间质比赋1分,高肿瘤浸润淋巴细胞赋1分,总分0-3分。在多因素分析中,年龄和Path-M病理综合评分系统为DFS的独立预后因素。随着Path-M得分的增加,患者的预后存在变差的趋势（P=0.041）。结论:（1）直肠癌活检病理中肿瘤间质比是肿瘤组织层面三年无病生存期的独立预后因素,高肿瘤间质比患者,三年无病生存概率低。（2）直肠癌活检病理中肿瘤浸润中性粒细胞是肿瘤免疫细胞层面三年无病生存期的独立预后因素,高肿瘤浸润中性粒细胞患者,三年无病生存概率低。（3）本研究使用全自动智能的方法定量评估了肿瘤间质比和肿瘤浸润中性粒细胞,并构建了病理综合评分系统（Path-M）。该评分系统将高肿瘤间质比赋1分,高肿瘤浸润中性粒细胞赋1分,系统总分0-3分。得分越高的患者三年无病生存的概率越低,尤其是对高肿瘤间质比并且高肿瘤浸润中性粒细胞的患者。第三部分 联合mrTEC和Path-M评分系统预测局部进展期直肠癌预后的研究目的:本研究旨在对比基于磁共振图像构建的mrTEC评分系统及基于活检病理切片构建的Path-M病理综合评分系统对局部进展期直肠癌的预后价值,并探索联合两种评分模型,是否能够提高预后能力。材料与方法:本研究从中山大学附属肿瘤医院（SYSUCC）的临床数据库中招募患者局部进展期直肠癌患者,最后共473名局部晚期直肠癌患者被纳入本研究。磁共振图像由医院的1.5T或3.0T磁共振扫描仪进行扫描。由影像科医师根据mrTEC评分系统对每个患者进行评分。我们的评分系统mrTEC,包括mrTDs、mrEMVI和mrCRM。每个高风险的MRI标志物被赋予1分,总分从0分到3分。治疗前活检H＆E染色切片用数字全切片扫描仪（徕卡,Aperio-AT2,美国）扫描。使用人工智能网络对病理切片进行组织及细胞分割,提取组织层面及免疫细胞层面预后标志物。定量评估肿瘤间质比和肿瘤浸润中性粒细胞,并使用病理综合评分系统（Path-M）进行评分。该评分系统将高肿瘤间质比赋1分,高肿瘤浸润中性粒细胞赋1分,系统总分0-3分。绘制3年DFS和5年OS的Kaplan-Meier曲线,以显示各组患者生存率的差异,并通过log-rank检验计算P值。并用Cox多变量分析法计算危险比和95%置信区间（CIs）,以确认不同变量的预后价值。结果:（1）mrTEC评分系统对患者DFS预测效能的C-index为0.64（95%CI 0.58-0.71）;Path-M评分系统对患者DFS预测效能的C-index为0.57（95%CI 0.51-0.64）。联合mrTEC和Path-M评分系统评估局部进展期直肠癌DFS的预测效能的 C-index 为 0.70（95%CI 0.64-0.76）。（2）在多因素分析中,年龄、mrTEC评分系统和Path-M病理综合评分系统为DFS的独立预后因素。随着Path-M得分的增加,患者的预后存在变差的趋势（P=0.041）。结论:（1）基于磁共振图像构建的mrTEC评分系统的预后价值优于基于活检病理切片构建的Path-M病理综合评分系统。（2）本论文构建的mrTEC评分系统及病理综合评分系统（Path-M）均为局部进展期直肠癌患者的独立预后因素,可以分别从磁共振图像及活检病理图像两个层面更精准的评估局部进展期直肠患者的预后,从而更好地指导治疗决策。