Kombinace radiomiky založené na hlubokém učení s tekutou biopsií pro předoperační a neinvazivní diagnostiku gliomu

Gliomy jsou nejčastější primární intrakraniální malignity, tvoří 27 % všech primárních mozkových nádorů a přibližně 100 000 lidí je celosvětově ročně diagnostikováno s difuzními gliomy. Doposud byla „integrovaná diagnóza“ považována za zlatý standard pro diagnostiku gliomů, který kombinuje histopatologii, molekulární patologii a stupeň Světové zdravotnické organizace (WHO). Předchozí diagnostická kritéria gliomu se primárně opírala o histopatologické biopsie, zatímco histologická klasifikace byla tradičně určována na základě morfologie nádoru, což vedlo k variabilitě mezi pozorovateli v důsledku intratumorové prostorové heterogenity a chyb ve vzorkování. Tradiční histopatologie je navíc poněkud obtížné vysvětlit, proč mají pacienti se stejnou patologií významně odlišné přežití. Během posledního desetiletí prohloubily pokroky v molekulární patologii a histopatologických detekčních technikách naše porozumění molekulárním rysům a biologii gliomů. Rostoucí důkazy odhalily důležitou roli molekulárního stavu v „integrované diagnostice“ gliomu. Zejména poté, co byl v klasifikaci centrálního nervového systému (CNS) WHO v roce 2016 navržen koncept molekulární diagnostiky, klasifikace CNS (CNS5) z roku 2021 znovu zdůraznila význam několika molekulárních biomarkerů v diagnostice a léčbě gliomů, včetně genu pro izocitrátdehydrogenázu (IDH). ) mutační stav, deleční stav alfa-talasémie/syndrom mentální retardace X-linked (ATRX), deleční stav 1p19q, mutace promotoru telomerasové reverzní transkriptázy (TERT) atd. Cílem je systematičtěji klasifikovat podtypy nádorů a kategorizovat pacienty s gliomem s podobnou účinností a prognózou do podskupiny.

Současným standardem terapie gliomů je chirurgická resekce následovaná radioterapií a/nebo chemoterapií na základě klinického a nádorového stupně a molekulárních charakteristik. Předoperačně neinvazivní a přesná včasná „integrovaná diagnostika“ přinese velké výhody v léčbě a prognóze pacientů, zejména u pacientů se speciální lokalizací nádoru, kteří nemohou podstoupit kraniotomii nebo biopsii jehlou. Tito speciální pacienti mohou absolvovat experimentální radioterapii a chemoterapii na základě výsledků neinvazivní diagnózy. Ačkoli diagnostická kritéria pro molekulární informace u gliomů jsou často založena na tkáňové biopsii, další techniky, jako je radiomika, radiogenomika a kapalinová biopsie, se ukázaly jako slibné. V současnosti jsou konvenční vyšetření magnetickou rezonancí (MRI) stále hlavní metodou, která pomáhá při diagnostice gliomů, včetně pre- a postkontrastní T1w, T2w a T2w-FLAIR. Multimodální radiomika založená na hlubokém učení (DL) může analyzovat vzorce intratumorové heterogenity a rysů zobrazování nádorů, které jsou lidským okem nepostřehnutelné, aby bylo možné provádět „integrovanou predikci“ gliomů18. Až dosud se většina studií soustředila na použití algoritmů ML ke konstrukci nového radiomického modelu pro predikci gliomu, R van der Voort et al. vyvinuli víceúlohový model konvenční neuronové sítě (CNN) a dosáhli stupně gliomu (II/III/IV) s AUC 0,81, IDH-AUC 90 %, AUC pro kodeleci 1p19q 0,85 v testovacím souboru. Nejlepší DL model vyvinutý Matsui et al. dosáhli celkové přesnosti 65,9 % v predikci mutace IDH a kodelece 1p/19q. Také víceúlohový model CNN zkonstruovaný Decuyperem a kol. dosáhli 94%, 86% a 87% přesnosti v predikci stupňů, mutací IDH a stavů kodelece 1p/19q při externí validaci. Model zkonstruovaný Luo et al. dosáhl 83,9 % a 80,4 % v externích testech pro diagnostiku histologických a molekulárních subtypů. Kromě „integrované predikce“ existuje mnoho modelů, které předpovídají pouze klasifikaci gliomu nebo jednotlivé molekulární markery. Mezitím předchozí studie vycházely z klasifikace CNS z roku 2016 pro klasifikaci gliomů a predikci molekulárních podtypů. Podle nejnovější klasifikace CNS z roku 2021 je proto naléhavě zapotřebí víceúlohový DL radiomický model pro předoperační a neinvazivní predikci gradingu gliomu a rozsáhlejší molekulární markery.

Přestože radiomika prokázala určitou proveditelnost při předpovědi nádorové molekulární patologie, je směšné podávat přesnou cílenou terapii pouze na základě této předpovědi. Proto doufáme, že poskytneme více klinických důkazů pro molekulárně patologickou diagnostiku pacientů s gliomy pomocí techniky tekuté biopsie jako důležitého doplňku radiomik. Cirkulující nádorové buňky (CTC), jako jedna z technik tekuté biopsie, sdílí stejný konečný cíl předoperační neinvazivní a přesné diagnostiky gliomů.

Na základě několika omezení současných diagnostických modelů gliomu a kombinované metody radiomiky a tekuté biopsie mají velký potenciál pro neinvazivní diagnostiku gradingu gliomu a molekulárních markerů, protože jsou obě snadno proveditelné. Kromě toho, pokud je nám známo, neexistuje žádná studie předoperační neinvazivní diagnostiky gliomu v kontextu radiomiky asistované tekutou biopsií.

Proto má tato studie následující cíle. Nejprve jsme podle pokynů WHO klasifikace CNS z roku 2021 zkonstruovali a externě otestovali víceúkolový DL model pro současnou diagnostiku segmentace nádorů, klasifikaci gliomů a rozsáhlejší molekulární subtyp, včetně mutace IDH, stavu delece ATRX, 1p19q ko- delece, stav mutace genu TERT atd. Za druhé, na základě stejného konečného účelu tekuté biopsie a radiomiky jsme inovativně předložili koncept a myšlenku kombinace radiomiky a technologie tekuté biopsie ke zlepšení diagnózy gliomu. A prostřednictvím naší studie poskytne určité klinické ověření tohoto konceptu v naději, že přinese nové nápady pro následný výzkum a podpoří klinické rozhodování.