PET/MRI v hodnocení orofaryngeálního spinocelulárního karcinomu (PETMROPSCC)

Úvod a cíl studia:

Rakovina hlavy a krku (HNC) je i nadále významným zdravotním problémem na Tchaj-wanu a orofaryngeální spinocelulární karcinom (SCC) je běžný podtyp. Vzhledem k obavám o zachování orgánů v posledních letech je souběžná chemoradiace hlavní léčebnou modalitou pro orofaryngeální SCC. Přesná anatomická a biologická hodnocení nádoru jsou proto zaručena pro plánování před léčbou, monitorování po léčbě a stanovení prognózy. Endoskopie s biopsií slouží jako hlavní diagnostický nástroj u pacientů s orofaryngeálním SCC. Zatímco počítačová tomografie (CT) a zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) se běžně používají k hodnocení rozsahu nádoru HNC, MRI je výhodnější v orofaryngeální oblasti díky svému vysokému kontrastnímu rozlišení, zejména při detekci perineurální invaze. Celotělové MRI je nyní proveditelné, a tak lze stav HNC na vzdáleném místě vyhodnotit během jediného vyšetření. FDG-pozitronová emisní tomografie/CT (PET/CT) je další běžnou zobrazovací metodou pro hodnocení HNC.

Podle zkušeností vyšetřovatelů u pacientů s rakovinou hlavy a krku mají MRI a PET/CT oproti sobě různé výhody a mohou se vzájemně doplňovat. Při hodnocení stavu primárního nádoru může vysoké prostorové a kontrastní rozlišení MRI vymezit rozsah nádoru od okolní normální tkáně v komplexní anatomické oblasti hlavy a krku, zatímco vymezení FDG-pozitivní tkáně pomocí PET může pomoci odlišit růst nádoru od okolní nenádorové tkáně. zejména v ozařovaném lůžku. Při hodnocení stavu regionálních uzlin je MRI lepší než PET/CT při detekci retrofaryngeální nebo cystické nekrotické metastatické adenopatie, zatímco PET/CT vyniká MRI při detekci metastáz v uzlinách nižších než centimetr. Kombinované použití MRI a PET může jasně demonstrovat vzory nodálního šíření [7]. Pokud jde o hodnocení vzdálených míst, MRI celého těla je lepší při detekci metastatických lézí ve vysoce metabolických orgánech, jako je mozek, játra nebo slezina, zatímco PET/CT je lepší při detekci těchto metastatických lézí v zakřivených, plochých kostech a druhých. primární střevní nádor, jako je rakovina jícnu nebo rakovina tlustého střeva.

V současné době se pro posouzení funkčních aspektů HNC stávají klinicky proveditelné difuzně vážené MR zobrazování (DWI) a dynamické kontrastní vážené perfuzní zobrazování (DCE-PWI). Kvantifikovaným parametrem sekvence DWI je zdánlivý difúzní koeficient (ADC), který souvisí s celularitou. DCE-PWI poskytuje konstantu rychlosti přenosu objemu (Ktrans), relativní extravaskulární extracelulární prostor (Ve) a relativní objem vaskulární plazmy (Vp) a také konstantu rychlosti efluxu (Kep). Tyto funkční MRI techniky mohou poskytovat biologické informace, jako je celularita, angiogeneze a permeabilita. Na druhé straně PET může poskytnout své metabolické kvantifikované parametry: standardizovanou hodnotu vychytávání (SUV), která odráží metabolismus glukózy, objem metabolického nádoru (MTV), který odráží nádorovou zátěž, a glykolýzu totálních lézí (TLG), která integruje jak metabolismus glukózy, tak nádorovou zátěž. . Tyto funkční parametry MRI a PET se jeví jako slibné pro predikci chemoradiační odpovědi a prognózy HNC. V našich předchozích studiích u pacientů s orofaryngeálním nebo hypofaryngeálním SCC byl Ktrans primárního nádoru jediným zobrazovacím parametrem spojeným s lokální kontrolou, zatímco hodnoty ADC a Ve metastatických uzlin krku byly nezávislými prognostickými faktory pro kontrolu krku. Maximální SUV regionálních lymfatických uzlin byl významně spojen s výskytem vzdálených metastáz. TLG byly významně spojeny s celkovým přežitím.

Integrovaná PET/MRI je nová zobrazovací technologie zavedená do klinické praxe. Kombinace PET a MRI v jednom jediném hybridním skeneru je slibná. Počáteční údaje naznačují, že PET/MRI fungovala pro HNC příznivě. Prokázala dobrou diagnostickou schopnost podobnou PET/CT a může sloužit jako legitimní alternativa k PET/CT při klinickém vyšetření pacientů s HNC. Metabolické poměry naměřené PET/MRI vykazovaly vynikající shodu s těmi na standardní PET/CT. PET/MRI zahrnující Dixonovu sekvenci pro účely korekce zeslabení poskytly podobné hodnoty SUV ve srovnání s PET/CT. Většina studií však byla omezena počtem případů nebo nebyla specificky analyzována žádná konkrétní nádorová entita, což poněkud oslabilo jejich průkaznost. - založená medicína. Kromě toho nebyla popsána prediktivní hodnota PET/MRI ve výsledcích léčby HNC. Prospektivní studie PET/MRI u velké skupiny pacientů se specifickým nádorovým původem a jednotným léčebným protokolem by doplnila toto průkopnické úsilí o plné ověření klinické užitečnosti nového integrovaného systému.

Nedávno byl v naší nemocnici instalován integrovaný PET/MRI skener (Biograph mMR, Siemens). V tomto skeneru jsou PET detektory plně integrovány do systému 3 Tesla MR s jedním jediným portálem, což umožňuje současné získávání dat PET i MR. Před jeho širokým praktickým použitím by měla být explicitně definována jeho klinická užitečnost. V tomto výzkumném projektu budou vyšetřovatelé vyšetřovat našich 150 pacientů s orofaryngeálním SCC podrobeným chemoradiaci pomocí FDG-PET/MRI. Ve stejný den bude provedeno i nekontrastní CT hrudníku. Vyšetřovatelé mají následující cíle:

Cíl 1: určit celotělový staging/restaging MRI a PET/CT mají navzájem různé výhody a vizuální korelace těchto samostatných zobrazovacích modalit může přinést mírně vyšší diagnostickou schopnost. Některé léze však nemusí být vzájemně dobře sladěny kvůli odlišnému datu vyšetření a umístění. Vyšetřovatelé se proto domnívají, že postižení nádoru by mělo být provedeno přesněji pomocí současně pořízeného PET/MRI zobrazení, což povede k přesnějšímu stanovení stadia/restagingu nádoru a následně k přesnějšímu plánování léčby a lepšímu výsledku léčby. Údaje integrované PET/MRI pro celotělové staging/restaging na orofaryngeálním SCC však v současnosti stále nejsou k dispozici. V tomto prospektivním projektu se výzkumníci zaměřují na stanovení proveditelnosti a klinického dopadu integrovaného PET/MRI na staging nádoru a restaging orofaryngeálního SCC

Cíl 2. Predikce léčebné odpovědi a prognózy Funkční parametry MRI a FDG-PET/CT parametry mohou být kvantifikovány a byly použity pro predikci odpovědi na chemoradiaci u HNC. Byly však získány různé výsledky, zejména kvůli různému původu nádoru, velikosti vzorků, metodologiím a léčebným protokolům. Dalším důležitým matoucím faktorem je, že MRI a PET/CT byly prováděny v různých časových intervalech. Protože integrovaná PET/MRI může poskytovat simultánní PET a MR funkční data, která umožňují přímé srovnání ve vybraných oblastech zájmu, a proto by měla být přesnější a reprodukovatelnější. Prediktivní hodnoty simultánních funkčních PET/MRI technik u orofaryngeálního SCC však dosud nebyly publikovány. Na druhé straně technika DWI s intravoxelovým inkoherentním pohybem (IVIM) může kvantifikovat jak molekulární difúzi, tak mikrocirkulaci v kapilární síti, což může být užitečné pro predikci chemoradiosenzitivity nádoru, zatímco DWI s kurtózou (biexponenciální nebo negaussovské přizpůsobení) bylo dokumentováno aby se dosáhlo lepšího přizpůsobení difúze molekul vody in vivo než u monoexponenciálního modelování[32]. V tomto výzkumném projektu vyšetřovatelé přidali funkční MRI sekvence jako součásti PET/MRI postupů, včetně DCE-PWI a také vyhrazené DWI, které mohou poskytnout monoexponenciální data DWI, IVIM a Kurtosis. Naším cílem je získat funkční výsledky MRI a PET na integrovaném systému PET/MRI v jediném zobrazovacím sezení v kohortě pacientů s orofaryngeálním SCC jednotně léčeným chemoradiací. Vyšetřovatelé očekávali, že prediktivní hodnoty různých funkčních parametrů integrovaného PET/MRI mohou být jasněji objasněny.

Cíl 3. určit nutnost nekontrastní CT hrudníku. Jednou z obav při nahrazení CT části PET/CT MRI je schopnost MRI zobrazit a odlišit plicní noduly, zatímco nejčastější lokalizací vzdálených metastáz HNC jsou plíce. Podle předchozí studie výzkumníků může CT složka integrovaného PET/CT zlepšit nejen specificitu, ale také senzitivitu dat FDG-PET. Kromě toho CT také pomáhá zmírnit falešně pozitivní nálezy PET u kalcifikovaných uzlin mediastina, jako je antrakóza. Na druhou stranu však předchozí studie vyšetřovatelů ukázaly míru detekce plicních metastáz pomocí 3,0-T MRI pomocí poloviční Fourierovy akvizice jednorázového turbo spin-echa (HASTE), volumetrického interpolovaného vyšetření se zadržením dechu (VIBE) a krátké τ sekvence obnovy inverze (STIR) byly podobné sekvencím PET/CT. Jedna nedávná studie ukázala, že radiální VIBE volně dýchající MRI se současně získanými PET daty má vysokou citlivost při detekci uzlů o průměru alespoň 0,5 cm, ale má omezenou citlivost v detekci malých nebo neavidních uzlů FDG . Vzhledem k omezeným údajům o PET/MR při detekci plicních maligních lézí se výzkumníci zaměřují na prospektivní ověření výkonnosti našich integrovaných sekvencí protokolu PET/MRI pro plicní léze přidáním nekontrastního vylepšeného CT pro srovnání.

Materiály a metody:

Do tohoto tříletého prospektivního projektu bude zařazeno celkem 160 pacientů s histologicky prokázaným orofaryngeálním SCC podrobeným chemoradiaci. Kritéria pro vyloučení zahrnují předchozí maligní nádor hlavy nebo krku, druhý maligní nádor, vzdálené metastázy, kontraindikace MRI (renální insuficience, kochleární implantát, umístění kardiostimulátoru nebo intrakraniální aneuryzmatické feromagnetické klipy) a hladina glukózy v séru > 200 mg/dl. Před předléčením každý zařazený pacient podstoupí PET/MRI a podrobné klinické vyšetření, včetně testu na lidský papilomavirus. Účastníci také podstoupí CT hrudníku s nízkou dávkou ve stejný den před PET/MRI. V období po léčbě bude základní MRI celého těla získána 3 měsíce po chemoradiaci. Poté budou pacienti každých 6 měsíců sledováni také alternativním CT rozšířeným polem a celotělovou MRI. Je-li potvrzena recidiva tumoru nebo je-li vysoce podezření na ni, provede se také PET/MRI pro opětovné stanovení stadia tumoru.

Tříleté plánování Přiměřený počet případů a doba sledování jsou zásadní pro statistickou analýzu a stanovení výsledku orofaryngeálního SCC léčeného chemoradiací. Výzkumníci plánují provést tuto studii za 3 roky. V prvním roce práce tohoto projektu v prvním roce: (1) navrhnou kategorie databank; (2) nastavit pracovní postup a optimalizovat zobrazovací protokoly; (3) určit diagnostickou schopnost složky MRI, složky PET, integrované PET/MRI ve stagingu nádoru; (4) určit jakoukoli přidanou diagnostickou hodnotu nekontrastní CT v integrované PET/MRI a (5) studovat časnou léčebnou odpověď a vzorce reziduálního tumoru.

Ve druhém roce budou řešitelé pokračovat v pracích prvního ročníku a dále zahrnou následující práce: (1) ke stanovení incidence a prediktorů selhání léčby orofaryngeálního SCC a (2) ke studiu vzorců léčebné odpovědi a časná recidiva.

Ve třetím roce budou vyšetřovatelé pokračovat v předchozí práci a také (1) získají dostatečnou velikost vzorku k provedení statistické analýzy vztahu mezi zobrazovacími parametry a výsledky pacienta, (2) dosáhnou komplexního zobrazení vzorců recidivy nádoru a změny/komplikace po léčbě, (3) zkoumat, do jaké míry mohou biologické zobrazovací parametry ovlivnit výsledek a výběr pacienta pro chemoradiaci, (4) analyzovat přesnost, úskalí a nákladovou efektivitu samotného PET/MRI a PET/MRI s nekontrastní CT při hodnocení u pacientů s orofaryngeálním SCC.

Protokol PET/MRI Data PET/MRI budou získávána na integrovaném skeneru PET/MRI (Biograph mMR, Siemens Healthcare, Erlangen, Německo), který snímá současně data PET a MR pomocí magnetu 3,0-T. Vyšetřovací protokol bude kombinovat sken celého těla se specializovaným vyšetřením oblasti hlavy a krku (tabulka 1). Všichni pacienti budou před skenováním 6 hodin hladovět. 50–70 minut po injekci 370 MBq FDG bude pacient umístěn na lůžko skeneru PET/MRI. Po rychlém zobrazení T1-vážené sekvence MR lokalizátoru pro skautské zobrazení a sekvence Dixon VIBE pro korekci útlumu bude provedeno celotělové PET skenování v 5 polohách na lůžku pro pokrytí od hlavy po proximální stehno, s dobou akvizice 4 min na polohu lůžka. Současně bude provedeno celotělové MR zobrazení pro odpovídajících 5 poloh lůžka s axiální HASTE sekvencí a koronální STIR sekvencí a také sagitální T1-vážené Turbo spine echo (TSE) a STIR sekvenci.

Poté budou současně provedeny regionální PET a MRI snímky. Regionální PET bude prováděn s dobou akvizice 10 minut, zatímco specializovaná MRI oblasti hlavy a krku bude pořízena v axiální a koronální projekci s T1-váženou sekvencí TSE a T2-váženou sekvencí TSE se saturací tukem. Axiální DWI bude prováděno s použitím single shot spin-echo echo-planární techniky s modifikovaným Stejskal-Tannerovým schématem difúzního gradientu pulzování. Pro rekonstrukci IVIM a zobrazení špičatosti bude použito celkem 10 b hodnot, které jsou: 0, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1200, 1500 sec/mm2.

DCE-PWI v oblasti hlavy a krku bude získáno pomocí 3D T1-vážené sekvence zkaženého gradientu-echa. Prostorová saturační deska bude implantována níže než získaná oblast, aby se minimalizoval účinek přítoku z karotid. Před podáním kontrastní látky budou vypočteny hodnoty základní podélné relaxace (T10) ze snímku pořízeného s různými úhly převrácení (4°, 8°, 15° a 25°). Poté bude získána dynamická série pomocí stejné sekvence s úhlem převrácení 15° po intravenózním podání paramagnetické kontrastní látky rychlostí 3 ml/s. Poté bude získána specializovaná regionální MRI s T1 váženou sekvencí TSE se saturací tuku v axiální a koronální projekci. Nakonec se provede celotělový axiální VIBE se saturací tuku. Celková doba akvizice je asi 42 minut a průměrná doba na pokoji pro PET/MR bude asi 60 minut.

Nezvýšené nízkodávkové CT Spirální nízkodávkové CT bez vylepšení kontrastní látky bude provedeno před PET/MRI ve stejný den vyšetření. Parametry akvizice zahrnují špičkové napětí 120 kVp, mAs 50, kolimaci 64x0,5 mm a interval rekonstrukce 3 mm.

Analýza dat a určení výsledku Čtenáři si jsou vědomi toho, že pacienti mají orofaryngeální SCC, a budou zaslepeni vůči výsledkům jiných studií a údajům PET/MR. Snímky PET, MRI a CT plic budou nejprve interpretovány nezávisle. Všechny snímky budou poté společně zkontrolovány a porovnány. Bude zaznamenán kontrolní seznam různých distribucí extenze tumoru, nodálního rozšíření a vzdálených metastáz. Klinické a zobrazovací nálezy budou společně diskutovány výzkumným týmem Head-and-Neck. Endoskopická biopsie, ultrasonograficky řízená aspirace tenkou jehlou nebo CT řízená biopsie bude provedena u všech lézí s podezřením na malignitu, pokud je to možné. Pokud biopsie léze, která je předmětem zájmu, není proveditelná nebo má negativní výsledek, bude následovat pečlivé klinické a zobrazovací sledování. Všichni pacienti budou sledováni po dobu nejméně 12 měsíců.

Klinická a funkční zobrazovací data budou shromážděna a analyzována pro predikci léčebné odpovědi a prognózy. Pro difuzní MRI budou oblasti zájmu manuálně umístěny na léze na mapě ADC, aby pokryly co největší plochu solidního nádoru. Intenzity signálu naměřené na snímcích získaných při různých hodnotách b S(b) budou numericky přizpůsobeny modelu, S(b)=S0 e-b*ADC, kde S0 a Sb jsou intenzity signálu při různých hodnotách b, Pro zobrazování IVIM , vztah mezi intenzitami signálu a hodnotami b lze vyjádřit rovnicí: Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D＊)] kde f je mikrovaskulární objemový zlomek představující podíl difúze spojené s mikrocirkulací, D představuje čistý difúzní koeficient a D* je inkoherentní mikrocirkulace související s perfuzí. Pro DKI lze vztah mezi intenzitami signálu a hodnotami b vyjádřit rovnicí: ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp kde S je signál intenzita (libovolné jednotky), b je hodnota b (s/mm2), Dapp je zdánlivý difúzní koeficient (10-3 mm2/s) a Kapp je zjevný koeficient špičatosti označující odchylku od Gaussova rozdělení. Vyšetřovatelé také provedou monoexponenciální přizpůsobení pomocí Kapp=0 v rovnici, čímž se získá ADCmono. Pro DCE-PWI MRI bude v každém voxelu v nádoru stanovena změna koncentrace kontrastní látky v čase, Ct(t), a na každý voxel bude aplikován kompartmentální kinetický model traceru pomocí funkce arteriálního vstupu, Cp(t), měřeno u každého jednotlivce: Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' kde t' je čas (v minuty) jako integrační proměnná a Cp(t') je koncentrace kontrastní látky v krevní plazmě jako funkce času. U parametrů PET zobrazování budou SUV a MTV cílových lézí měřeny z 18F-FDG PET snímků s korekcí atenuace nakreslením hranic dostatečně velkých, aby zahrnovaly léze. Pro vymezení MTV se použije práh SUV 2,5. TLG se vypočítá jako součin středního SUV a MTV.

Statistická analýza

S použitím histologických nálezů nebo údajů ze sledování po 12 měsících jako standardu budou různé výsledky zobrazení klasifikovány jako pravdivě pozitivní, pravdivě negativní, falešně pozitivní nebo falešně negativní. Vypočte se diagnostická přesnost komponenty MRI, komponenty PET, integrované PET/MRI, samotného CT hrudníku a PET/MRI plus CT hrudníku a porovná se s McNemarovým testem. Jejich příslušný diagnostický výkon bude určen s plochami pod křivkou přijímač-provozní charakteristika. Pro hodnocení léčebné odpovědi a predikci prognózy budou použity logistické regresní analýzy k identifikaci vztahu mezi klinickými a zobrazovacími funkčními proměnnými. Míra kontroly a přežití bude vynesena pomocí Kaplan-Meierovy metody. Rozdíly v pozitivních a negativních výsledcích budou určeny log-rank testem. Všechny prognostické proměnné identifikované jednorozměrnou analýzou budou vloženy do vícerozměrného modelu pomocí Coxova modelu proporcionálních rizik. Ke zkoumání korelací mezi proměnnými bude použit Spearmanův koeficient pořadové korelace. Hodnoty P < 0,05 jsou považovány za statisticky významné.