PET/MRI i Oropharyngeal Planocellulær Carcinoma Evaluation (PETMROPSCC)

Introduktion og studiemål:

Hoved- og halscancer (HNC) er fortsat et betydeligt sundhedsproblem i Taiwan, og oropharyngeal pladecellecarcinom (SCC) er den almindelige undertype. Med hensyn til organbevarelse i de senere år er samtidig kemoradiation den vigtigste behandlingsmodalitet for oropharyngeal SCC. Derfor er nøjagtige tumoranatomiske og biologiske evalueringer berettiget til planlægning af forbehandling, overvågning efter behandling og prognosebestemmelse. Endoskopi med biopsi tjener som de vigtigste diagnostiske værktøjer hos patienter med oropharyngeal SCC. Mens computertomografi (CT) og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) almindeligvis anvendes til at evaluere tumorudbredelsen af ​​HNC, er MR mere foretrukket i det oropharyngeale område i kraft af dets høje kontrastopløsning, især ved detektering af perineural invasion. Helkrops-MRI er nu mulig, og dermed kan status for fjerntliggende sted for HNC evalueres i den enkelte undersøgelsessession. FDG-positronemissionstomografi/CT (PET/CT) er en anden almindelig billeddannelsesmodalitet til at evaluere HNC.

Ifølge efterforskernes erfaring hos patienter med hoved- og halskræft har MR og PET/CT forskellige fordele frem for hinanden og kan supplere hinanden. Ved evaluering af primær tumorstatus kan den høje rumlige og kontrastopløsning af MR afgrænse tumorudstrækningen fra omgivende normalt væv i den komplekse hoved- og halsanatomiske region, mens afgrænsning af FDG-positivt væv ved PET kan hjælpe med at differentiere tumorvækst fra omgivende ikke-cancerøst væv , især i bestrålet leje. Ved evaluering af regional nodalstatus er MR overlegen i forhold til PET/CT ved påvisning af retropharyngeal eller cystisk nekrotisk metastatisk adenopati, hvorimod PET/CT udmærker sig ved MRI ved påvisning af metastaser i sub-centimeter noder. Den kombinerede brug af MR og PET kan tydeligt demonstrere mønstrene for knudespredning.[7]. Med hensyn til evalueringen af ​​de fjerne steder er MRI af hele kroppen bedre til at påvise metastatisk læsion i højt metaboliske organer såsom hjerne, lever eller milt, mens PET/CT er overlegen til at påvise de metastatiske læsioner i de buede, flade knogler og anden primær tarmtumor såsom kræft i spiserøret eller tyktarmskræft.

I øjeblikket bliver diffusionsvægtet MR-billeddannelse (DWI) og dynamisk kontrastforstærket perfusionsvægtet billeddannelse (DCE-PWI) klinisk mulige til at vurdere de funktionelle aspekter af HNC. Den kvantificerede parameter for DWI-sekvensen er tilsyneladende diffusionskoefficient (ADC), der relaterer til cellularitet. DCE-PWI giver volumenoverførselshastighedskonstanten (Ktrans), det relative ekstravaskulære ekstracellulære rum (Ve) og det relative vaskulære plasmavolumen (Vp) samt udstrømningshastighedskonstanten (Kep). Disse funktionelle MRI-teknikker kan give biologisk information, såsom cellularitet, angiogenese og permeabilitet. På den anden side kan PET levere sine metaboliske kvantificerede parametre: standardiseret optagelsesværdi (SUV), der afspejler glukosemetabolisme, metabolisk tumorvolumen (MTV), der afspejler tumorbyrde, og total læsionsglykolyse (TLG), der integrerer både glukosemetabolisme og tumorbyrde . Disse MRI- og PET-funktionelle parametre ser lovende ud til at forudsige kemoradiationsrespons og prognose for HNC. I vores tidligere undersøgelser af oropharyngeale eller hypopharyngeale SCC-patienter var Ktrans af den primære tumor den eneste billeddiagnostiske parameter forbundet med lokal kontrol, mens ADC- og Ve-værdier af de nakkemetastatiske noder var uafhængige prognostiske faktorer for nakkekontrol. Den maksimale SUV af de regionale lymfeknuder var signifikant forbundet med forekomsten af ​​fjernmetastaser. TLG var signifikant forbundet med den samlede overlevelse.

Integreret PET/MRI er en ny billedteknologi, der introduceres i den kliniske praksis. Kombinationen af ​​PET og MRI i én enkelt hybridscanner er lovende. Indledende data viser, at PET/MRI fungerede positivt for HNC. Det viste god diagnostisk evne svarende til PET/CT og kan tjene som et legitimt alternativ til PET/CT i den kliniske undersøgelse af patienter med HNC. De metaboliske forhold målt PET/MRI viste fremragende overensstemmelse med dem på standard PET/CT. PET/MRI, der inkorporerede Dixon-sekvensen til dæmpningskorrektion, gav lignende SUV-værdier sammenlignet med PET/CT. Ikke desto mindre var de fleste undersøgelser begrænsede i antal tilfælde, eller der blev ikke analyseret nogen særlig tumorentitet, hvilket svækkede deres styrke i form af evidens. -baseret medicin. Derudover er den prædiktive værdi af PET/MRI i behandlingsresultatet af HNC ikke blevet rapporteret. En prospektiv undersøgelse af PET/MRI i en stor kohorte af patienter med specifik tumoroprindelse og ensartet behandlingsprotokol ville supplere disse banebrydende bestræbelser på fuldt ud at validere den kliniske anvendelighed af det nye integrerede system.

For nylig er integreret PET/MRI-scanner (Biograph mMR, Siemens) blevet installeret på vores hospital. I denne scanner er PET-detektorerne fuldt integreret i 3 Tesla MR-systemet med et enkelt portal, hvilket muliggør samtidig indsamling af både PET- og MR-data. Før dens udbredte praktiske anvendelse, bør dens kliniske anvendelighed defineres eksplicit. I dette forskningsprojekt vil efterforskerne undersøge vores 150 patienter med oropharyngeal SCC udsat for kemoradiation med FDG-PET/MRI. Ikke-kontrastgivende bryst-CT vil også blive udført samme dag. Efterforskerne har følgende mål:

Mål 1: at bestemme hele kroppens stadieinddeling/genoptagelse af MRI og PET/CT har forskellige fordele i forhold til hinanden, og visuel korrelation af disse separate billeddannelsesmodaliteter kan give en lidt højere diagnostisk kapacitet. Nogle læsioner passer dog muligvis ikke godt til hinanden på grund af forskellig undersøgelsesdato og placering. Derfor mener efterforskerne, at tumorinvolvering bør gøres mere præcis med samtidig erhvervet PET/MRI-billeddannelse, hvilket fører til mere nøjagtig tumorstadieinddeling/genoptagelse og igen til mere præcis behandlingsplanlægning og bedre behandlingsresultat. Imidlertid er dataene for integreret PET/MRI for hele kroppen stadieinddeling/genoptagelse på oropharyngeal SCC stadig utilgængelige i øjeblikket. I dette prospektive projekt sigter efterforskerne på at bestemme gennemførligheden og den kliniske virkning af integreret PET/MRI i tumorstadieinddeling og geninddeling af oropharyngeal SCC

Mål 2. at forudsige behandlingsrespons og prognose Funktionelle MR-parametre og FDG-PET/CT-parametre kan kvantificeres og er blevet brugt til at forudsige respons på kemoradiation i HNC. Der var imidlertid opnået variable resultater, hovedsageligt på grund af forskellige tumoroprindelser, prøvestørrelser, metoder og behandlingsprotokoller. En anden vigtig forvirrende faktor er, at MR og PET/CT blev udført med forskellige tidsintervaller. Fordi integreret PET/MRI kan give samtidige PET- og MR-funktionelle data, der giver mulighed for direkte sammenligning i de udvalgte områder af interesse, og derfor bør være mere nøjagtige og mere reproducerbare. Imidlertid er de prædiktive værdier af samtidige funktionelle PET/MRI-teknikker i oropharyngeal SCC ikke blevet rapporteret indtil nu. På den anden side kan DWI med intravoxel incoherent motion (IVIM) teknik kvantificere både molekylær diffusion og mikrocirkulation i kapillærnetværket, som kan være nyttigt til at forudsige tumor kemoradiosensitivitet, mens DWI med kurtosis (bieksponentiel eller ikke-Gaussisk tilpasning) modellering er blevet dokumenteret for at give en bedre tilpasning af in vivo vandmolekylediffusionen, end det gør med monoeksponentiel modellering[32]. I dette forskningsprojekt tilføjede efterforskerne funktionelle MR-sekvenser som dele af PET/MRI-procedurer, herunder DCE-PWI såvel som dedikeret DWI, der kan give monoeksponentielle DWI-, IVIM- og Kurtosis-data. Vi sigter mod at opnå MRI- og PET-funktionelle resultater på integreret PET/MRI-system i den enkelte billedbehandlingssession i patientkohorten af ​​oropharyngeal SCC ensartet behandlet med kemoradiation. Efterforskerne forventede, at de prædiktive værdier af de forskellige funktionelle parametre for integreret PET/MRI kan belyses mere klart.

Mål 3. at bestemme nødvendigheden af ​​ikke-kontrast CT thorax. En af bekymringerne ved at erstatte CT-delen af ​​PET/CT med MR er MR's evne til at afbilde og differentiere lungeknuder, mens den mest almindelige placering for fjernmetastaser af HNC er lunger. Ifølge efterforskernes tidligere undersøgelse kan CT-komponenten af ​​integreret PET/CT forbedre ikke kun specificiteten, men også sensitiviteten af ​​FDG-PET-data. Derudover hjælper CT også med at mindske PET-falsk-positive fund ved forkalket mediastinal nodalsygdom, såsom anthracose. Men på den anden side viste efterforskernes tidligere undersøgelser påvisningsraterne af lungemetastaser med 3.0-T MR ved hjælp af halv Fourier-indsamling enkelt-skud turbo spin-ekko (HASTE), volumetrisk interpoleret åndedrætsundersøgelse (VIBE) og korte τ-inversion recovery (STIR)-sekvenser lignede dem for PET/CT. En nylig undersøgelse har vist, at radial VIBE fri-åndende MRI med samtidig erhvervede PET-data har høj følsomhed ved detektion af knuder med en diameter på mindst 0,5 cm, men har begrænset følsomhed i detektionen af ​​små eller ikke-FDG-ivrige knuder . I betragtning af de begrænsede data om PET/MR til påvisning af maligne lungelæsioner, sigter efterforskerne mod prospektivt at validere ydeevnen af ​​vores integrerede PET/MRI-protokolsekvenser for lungelæsioner ved at tilføje ikke-kontrastforstærket CT til sammenligning.

Materialer og metoder:

I dette tre-årige prospektive projekt vil i alt 160 patienter med histologisk påvist oropharyngeal SCC udsat for kemoradiation blive indskrevet. Eksklusionskriterier omfatter tidligere ondartet hoved- eller halstumor, en anden ondartet tumor, fjernmetastaser, kontraindikationer for MR (nyreinsufficiens, cochleært implantat, pacemakerplacering eller intrakranielle aneurysmale ferromagnetiske klip) og serumglukoseniveau >200 mg/dl. Før forbehandling vil hver indskrevne patient gennemgå PET/MRI og detaljeret klinisk undersøgelse, herunder human papillomavirus test. Deltagerne vil også gennemgå lavdosis thorax-CT samme dag før PET/MRI. I efterbehandlingsperioden vil baseline helkrops-MRI blive opnået 3 måneder efter kemoradiation. Derefter vil patienterne også blive fulgt op med alternativ CT og helkrops-MR hver 6. måned. Hvis tumortilbagefald er bekræftet eller høj mistanke, vil der også blive udført PET/MRI til tumorgenstadie.

Den treårige planlægning Et tilstrækkeligt antal tilfælde og opfølgningsvarighed er afgørende for statistisk analyse og resultatbestemmelse af oropharyngeal SCC behandlet med kemoradiation. Efterforskerne planlægger at gennemføre denne undersøgelse om 3 år. I det første år vil arbejdet med dette projekt i det første år: (1) designe databankkategorierne; (2) opsætte arbejdsgangen og optimere billeddannelsesprotokollerne; (3) bestemme den diagnostiske evne af MRI-komponent, PET-komponent, integreret PET/MRI i tumorstadieinddeling; (4) bestemme enhver tilføjet diagnostisk værdi af non-contrast CT i integreret PET/MRI, og (5) studere den tidlige behandlingsrespons og mønstrene for resterende tumor.

I det andet år vil efterforskerne fortsætte til det første års arbejde og yderligere inkludere følgende værker: (1) at bestemme forekomst og forudsigelser for behandlingssvigt af oropharyngeal SCC, og (2) at studere mønstrene for behandlingsrespons og tidligt tilbagefald.

I det tredje år vil efterforskerne fortsætte med at udføre tidligere arbejde og vil også (1) få tilstrækkelig stikprøvestørrelse til at udføre statistisk analyse af forholdet mellem billeddiagnostiske parametre og patientresultater, (2) opnå omfattende billeddannelse om mønstre for tumortilbagefald og ændringer/komplikationer efter behandling, (3) undersøge i hvilket omfang biologiske billeddiagnostiske parametre kan påvirke udfald og patientvalg til kemoradiation, (4) analysere nøjagtigheden, faldgruberne og omkostningseffektiviteten af ​​PET/MRI alene og PET/MRI med non-contrast CT i evalueringen hos patienter med oropharyngeal SCC.

PET/MRI-protokol PET/MRI-data vil blive indsamlet på den integrerede PET/MRI-scanner (Biograph mMR, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland), som indsamler samtidige PET- og MR-data med en 3.0-T-magnet. Undersøgelsesprotokollen vil kombinere en helkropsscanning med en dedikeret undersøgelse af hoved- og halsområdet (tabel 1). Alle patienter vil faste i 6 timer før scanningen. 50-70 minutter efter injektion af 370 MBq FDG vil patienten blive placeret på PET/MRI-scannersengen. Efter fast-view T1-vægtet MR-lokaliseringssekvens til spejderbilleddannelse og Dixon VIBE-sekvens til dæmpningskorrektion, vil en helkrops-PET-scanning blive udført i 5 sengepositioner for at dække fra hovedet til det proksimale lår med en optagelsestid på 4 min per sengestilling. Samtidig vil helkrops-MR-billedoptagelse blive udført for de tilsvarende 5 sengepositioner med den aksiale HASTE-sekvens og koronale STIR-sekvens samt det sagittale T1-vægtede Turbo spine echo(TSE) og STIR-sekvens.

Derefter vil der samtidigt blive udført regionale PET- og MR-billeder. Regional PET vil blive udført med en optagelsestid på 10 min, mens en dedikeret MRI af hoved- og halsregionen vil blive optaget i de aksiale og koronale projektioner med T1-vægtet TSE-sekvens og T2-vægtet TSE-sekvens med fedtmætning. Aksial DWI vil blive udført ved hjælp af en enkelt skud spin-ekko ekko-planar teknik med modificeret Stejskal-Tanner diffusionsgradient pulserende skema. I alt 10 b-værdier vil blive brugt til rekonstruktion af IVIM og kurtosis-billeddannelse, som er: 0, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1200, 1500 sek/mm2.

DCE-PWI ved hoved- og halsregionen vil blive erhvervet ved at bruge en 3D T1-vægtet forkælet gradient-ekkosekvens. En rumlig mætningsplade vil blive implanteret lavere end den erhvervede region for at minimere indstrømningseffekten fra halspulsårerne. Før kontrastmiddeladministrationen vil baseline longitudinelle afslapningstid (T10)-værdier blive beregnet ud fra billede opnået med forskellige flip-vinkler (4°, 8°, 15° og 25°). Derefter vil den dynamiske serie blive erhvervet ved hjælp af den samme sekvens med en 15° flip-vinkel, efter intravenøs administration af paramagnetisk kontrastmiddel ved 3 ml/s. Derefter vil der blive opnået dedikeret regional MRI med T1-vægtet TSE-sekvens med fedtmætning i de aksiale og koronale projektioner. Til sidst vil hele kroppen aksial VIBE med fedtmætning blive udført. Den samlede optagelsestid er ca. 42 minutter, og den gennemsnitlige in-room tid for PET/MR vil være ca. 60 minutter.

Ikke-forstærket lavdosis CT Spiral lavdosis CT uden kontrastmaterialeforstærkning vil blive udført før PET/MRI på samme undersøgelsesdag. Optagelsesparametre inkluderer spidsspænding på 120 kVp, mAs på 50, kollimering på 64x0,5 mm og rekonstruktionsinterval på 3 mm.

Dataanalyse og resultatbestemmelse Læsere er opmærksomme på, at patienter har oropharyngeal SCC, og de vil blive blindet over for resultaterne af andre undersøgelser og PET/MR-data. PET-, MR- og lunge-CT-billederne vil først blive fortolket uafhængigt. Alle billeder vil derefter blive gennemgået sammen og sammenlignet. En tjekliste over forskellige fordelinger af tumorforlængelse, nodal spredning og fjernmetastaser vil blive registreret. De kliniske og billeddiagnostiske resultater vil blive diskuteret i fællesskab af hoved- og hals-forskningsteamet. Endoskopisk biopsi, ultrasonografisk guidet finnålsaspiration eller CT-guidet biopsi vil blive udført ved eventuelle læsioner, der er mistanke om malignitet, hvis det er muligt. Hvis biopsi af den interessante læsion ikke er mulig eller giver et negativt resultat, vil der blive fulgt tæt op på klinisk og billeddiagnostisk opfølgning. Alle patienter vil blive fulgt op i mindst 12 måneder.

De kliniske og funktionelle billeddiagnostiske data vil blive indsamlet og analyseret for at forudsige behandlingsrespons og prognose. Til diffusions-MRI vil områder af interesse manuelt blive placeret på læsionerne på ADC-kortet for at omfatte så meget af det solide tumorområde som muligt. Signalintensiteterne målt på billederne optaget ved forskellige b-værdier S(b) vil blive numerisk tilpasset modellen, S(b)=S0 e-b*ADC, hvor S0 og Sb er signalintensiteter ved forskellige b-værdier, Til IVIM-billeddannelse , kan forholdet mellem signalintensiteter og b-værdier udtrykkes ved ligningen: Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D＊)] hvor f er en mikrovaskulær volumenfraktion, der repræsenterer den fraktion af diffusionen, der er knyttet til mikrocirkulation, D repræsenterer ren diffusionskoefficient, og D* er perfusionsrelateret usammenhængende mikrocirkulation. For DKI kan forholdet mellem signalintensiteter og b-værdier udtrykkes ved ligningen: ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp hvor S er signalet intensitet (vilkårlige enheder), b er b-værdien (s/mm2), Dapp er den tilsyneladende diffusionskoefficient (10-3 mm2/s), og Kapp er den tilsyneladende kurtosekoefficient, der angiver afvigelsen fra en Gauss-fordeling. Efterforskerne vil også udføre monoeksponentiel tilpasning ved at bruge Kapp=0 i ligningen, hvilket giver ADCmono. For DCE-PWI MRI vil ændringen i kontrastmiddelkoncentration over tid, Ct(t), blive bestemt i hver voxel i tumoren, og den kompartmentelle sporstof-kinetiske model vil blive anvendt på hver voxel ved at bruge en arteriel inputfunktion, Cp(t), målt i hvert individ: Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' hvor t' er tiden (i minutter) som en integrationsvariabel, og Cp(t') er koncentrationen af ​​kontrastmiddel i blodplasmaet som en funktion af tiden. For PET-billeddannelsesparametre vil SUV og MTV af mållæsionerne blive målt ud fra dæmpningskorrigerede 18F-FDG PET-billeder ved at tegne de tegnede grænser store nok til at inkludere læsionerne. En SUV-tærskel på 2,5 vil blive brugt til at afgrænse MTV. TLG beregnes som produktet af den gennemsnitlige SUV og MTV.

Statistisk analyse

Ved at bruge histologiske fund eller opfølgningsdata efter 12 måneder som referencestandard vil forskellige billeddiagnostiske resultater blive klassificeret som sand-positive, sand-negative, falsk-positive eller falsk-negative. Den diagnostiske nøjagtighed af MR-komponent, PET-komponent, integreret PET/MRI, bryst-CT alene og PET/MRI plus bryst-CT vil blive beregnet og sammenlignet med McNemar-testen. Deres respektive diagnostiske ydeevne vil blive bestemt med områderne under modtager-driftskarakteristik-kurven. Til evaluering af behandlingsrespons og prognoseforudsigelse vil logistiske regressionsanalyser blive brugt til at identificere sammenhængen mellem kliniske og billeddannende funktionelle variable. Kontrol- og overlevelsesraterne vil blive plottet ved hjælp af Kaplan-Meier-metoden. Forskelle i positive og negative resultater vil blive bestemt ved log-rank test. Alle prognostiske variabler identificeret ved univariat analyse vil blive sat ind i den multivariate model ved hjælp af Cox proportional hazards model. Spearman's rank korrelationskoefficienten vil blive brugt til at undersøge korrelationerne mellem variablerne. P-værdier < 0,05 anses for statistisk signifikant.