中咽頭扁平上皮癌の評価における PET/MRI (PETMROPSCC)

研究の概要と目的:

頭頸部がん (HNC) は台湾における重大な医療問題であり続けており、中咽頭扁平上皮がん (SCC) が一般的なサブタイプです。 近年、臓器温存が懸念されているため、化学放射線療法の併用が中咽頭SCCの主要な治療法となっています。 したがって、治療前計画、治療後のモニタリング、および予後決定には、腫瘍の正確な解剖学的および生物学的評価が保証されます。 生検を伴う内視鏡検査は、中咽頭 SCC 患者の主な診断ツールとして機能します。 HNC の腫瘍範囲の評価にはコンピューター断層撮影 (CT) および磁気共鳴画像法 (MRI) が一般的に使用されますが、中咽頭領域ではコントラスト分解能が高く、特に神経周囲浸潤の検出において MRI がより好まれます。 全身 MRI が現在実行可能であるため、遠隔部位の HNC の状態を 1 回の検査セッションで評価できます。 FDG-陽電子放出断層撮影/CT (PET /CT) は、HNC を評価するためのもう 1 つの一般的な画像診断法です。

頭頸部がん患者に対する研究者の経験によれば、MRI と PET/CT にはそれぞれ異なる利点があり、相互に補完し合う可能性があります。 原発腫瘍の状態を評価する際、MRI の高い空間分解能とコントラスト分解能により、複雑な頭頸部の解剖学的領域における周囲の正常組織から腫瘍の範囲を描写することができますが、PET による FDG 陽性組織の描写は、腫瘍の増殖を周囲の非癌組織から区別するのに役立つ可能性があります。特に照射床では。 局所的なリンパ節の状態を評価する場合、咽頭後または嚢胞性壊死性転移性腺腫の検出では MRI が PET/CT よりも優れていますが、センチメートル未満のリンパ節の転移の検出では PET/CT が MRI よりも優れています。 MRI と PET を組み合わせて使用​​すると、リンパ節の広がりのパターンを明確に示すことができます。[7]。 遠隔部位の評価に関しては、全身 MRI は脳、肝臓、脾臓などの高代謝臓器の転移巣の検出に優れていますが、PET/CT は湾曲した骨、平らな骨、および二次骨の転移巣の検出に優れています。食道がんや結腸がんなどの原発性腸腫瘍。

現在、拡散強調 MR イメージング (DWI) および動的造影灌流強調イメージング (DCE-PWI) は、HNC の機能的側面を評価するために臨床的に実行可能になっています。 DWI シーケンスの定量化されたパラメーターは、細胞性に関連する見かけの拡散係数 (ADC) です。 DCE-PWI は、体積移動速度定数 (Ktrans)、相対血管外細胞外空間 (Ve)、相対血管血漿体積 (Vp)、および流出速度定数 (Kep) を提供します。 これらの機能的 MRI 技術は、細胞性、血管新生、透過性などの生物学的情報を提供する可能性があります。 一方、PET は、グルコース代謝を反映する標準化取り込み値 (SUV)、腫瘍量を反映する代謝腫瘍体積 (MTV)、およびグルコース代謝と腫瘍量の両方を統合した全病変解糖系 (TLG) など、代謝の定量化されたパラメーターを提供できます。 。 これらの MRI および PET の機能パラメーターは、化学放射線療法の反応と HNC の予後を予測するのに有望であると考えられます。 中咽頭または下咽頭 SCC 患者を対象としたこれまでの研究では、原発腫瘍の Ktrans が局所制御に関連する唯一の画像パラメータであるのに対し、頸部転移リンパ節の ADC および Ve 値は頸部制御の独立した予後因子でした。 所属リンパ節の最大 SUV は遠隔転移の発生と有意に関連していました。 TLG は全生存期間と有意に関連していました。

統合型 PET/MRI は、臨床現場に導入された新しいイメージング技術です。 PET と MRI を 1 つのハイブリッド スキャナーに組み合わせることは有望です。 初期データは、PET/MRI が HNC に対して有利に機能したことを伝えています。 PET/CT と同様の良好な診断能力が示されており、HNC 患者の臨床精密検査において PET/CT の正当な代替手段として機能する可能性があります。 PET/MRI で測定された代謝比は、標準的な PET/CT の代謝比と優れた一致を示しました。 減衰補正目的で Dixon シーケンスを組み込んだ PET/MRI は、PET/CT と比較した場合、同様の SUV 値をもたらしました。それにもかかわらず、ほとんどの研究は症例数が限られているか、特定の腫瘍実体が具体的に分析されていないため、証拠の点でその力が若干弱まっています。 -ベースの医学。 さらに、HNC の治療成績における PET/MRI の予測値は報告されていません。 特定の腫瘍起源と均一な治療プロトコルを持つ患者の大規模コホートにおける PET/MRI の前向き研究は、新しい統合システムの臨床的有用性を完全に検証するためのこれらの先駆的な取り組みを補完するものとなるでしょう。

最近、当院に統合PET/MRIスキャナー（Biograph mMR、Siemens）が導入されました。 このスキャナでは、PET 検出器が 1 つのガントリーを備えた 3 テスラ MR システムに完全に統合されており、PET データと MR データの両方を同時に取得できます。 広く実用化される前に、その臨床的有用性が明確に定義される必要があります。 この研究プロジェクトでは、研究者らはFDG-PET/MRIによる化学放射線療法を受けた中咽頭SCC患者150人を調査する。 胸部非造影CTも同日に実施します。 調査員には次の目的があります。

目的 1: 全身の病期分類/再分類を決定する MRI と PET/CT にはそれぞれ異なる利点があり、これらの個別の画像診断モダリティの視覚的な相関により、わずかに高い診断能力が得られます。 ただし、検査日や位置が異なるため、一部の病変がうまく一致しない場合があります。 したがって、研究者らは、同時取得の PET/MRI 画像を使用して腫瘍の関与をより正確に判断し、より正確な腫瘍の病期分類/再分類につながり、ひいてはより正確な治療計画とより良い治療結果につながると考えています。 しかし、中咽頭 SCC の全身病期分類/再分類のための統合 PET/MRI のデータは、現在まだ利用できません。 この前向きプロジェクトでは、研究者らは中咽頭 SCC の腫瘍病期分類および再病期分類における統合型 PET/MRI の実現可能性と臨床的影響を判断することを目的としています。

目的 2. 治療反応と予後を予測する 機能的な MRI パラメーターと FDG-PET/CT パラメーターは定量化でき、HNC における化学放射線療法に対する反応を予測するために使用されています。 しかし、主に腫瘍の起源、サンプルサイズ、方法論、治療プロトコルの違いにより、得られた結果にはばらつきがありました。 もう 1 つの重要な交絡因子は、MRI と PET/CT が異なる時間間隔で行われたことです。 統合された PET/MRI は、選択した関心領域での直接比較を可能にする PET と MR の機能データを同時に提供できるため、より正確で再現性が高いはずです。 しかし、中咽頭SCCにおける同時機能的PET/MRI技術の予測値はこれまで報告されていない。 一方、ボクセル内インコヒーレント運動（IVIM）技術を使用した DWI は、毛細血管ネットワーク内の分子拡散と微小循環の両方を定量化でき、腫瘍の化学放射線感受性の予測に役立つ可能性があります。一方、尖度（二重指数関数または非ガウス分布）モデリングを使用した DWI は文書化されています。単指数関数モデリングを使用する場合よりも、生体内水分子の拡散をより良く適合させることができます[32]。 この研究プロジェクトでは、研究者らは、DCE-PWI や単指数関数的な DWI、IVIM、尖度データを生成できる専用 DWI を含む機能的な MRI シーケンスを PET/MRI 手順の一部として追加しました。 私たちは、化学放射線療法で均一に治療された中咽頭 SCC の患者コホートにおける 1 回のイメージング セッションで統合 PET/MRI システム上で MRI と PET の機能結果を取得することを目指しています。 研究者らは、統合型 PET/MRI のさまざまな機能パラメーターの予測値がより明確に解明されることを期待していました。

目的 3. 非造影胸部 CT の必要性を判断すること。 PET/CT の CT 部分を MRI に置き換える場合の懸念の 1 つは、HNC の遠隔転移の最も一般的な場所は肺であるのに対し、肺結節を描写および区別する MRI の能力です。 研究者らの以前の研究によると、統合型 PET/CT の CT コンポーネントは、FDG-PET データの特異性だけでなく感度も向上させることができます。 さらに、CT は、炭疽症などの石灰化縦隔結節疾患における PET の偽陽性所見を軽減するのにも役立ちます。 しかしその一方で、研究者らのこれまでの研究では、ハーフフーリエ取得シングルショットターボスピンエコー（HASTE）、体積補間息止め検査（VIBE）、および短いτ反転回復 (STIR) シーケンスは PET/CT シーケンスと類似していました。 最近の研究では、PET データを同時に取得した放射状 VIBE 自由呼吸 MRI は、直径 0.5 cm 以上の結節の検出感度は高いが、小さな結節や非 FDG 結合結節の検出感度は限られていることが示されています。 。 肺悪性病変の検出における PET/MR のデータが限られていることを考慮し、研究者らは、比較のために非造影 CT を追加することにより、肺病変に対する統合された PET/MRI プロトコル シーケンスのパフォーマンスを前向きに検証することを目指しています。

材料と方法：

この 3 年間の前向きプロジェクトでは、組織学的に証明された中咽頭 SCC で化学放射線療法を受けた合計 160 人の患者が登録されます。 除外基準には、以前の頭頸部の悪性腫瘍、二次悪性腫瘍、遠隔転移、MRIの禁忌（腎不全、人工内耳、心臓ペースメーカーの留置または頭蓋動脈瘤内強磁性クリップ）、および血清グルコースレベル＞200 mg/dlが含まれる。 前治療前に、登録された各患者は PET/MRI およびヒトパピローマウイルス検査を含む詳細な臨床検査を受けます。 参加者は、PET/MRI の前に同日に低線量胸部 CT 検査も受けます。 治療後期間では、化学放射線療法の 3 か月後にベースライン全身 MRI が取得されます。 その後、患者は6か月ごとに代替の拡張視野CTと全身MRIによって追跡調査されます。 腫瘍の再発が確認された場合、または腫瘍の再発が強く疑われる場合は、腫瘍の再病期分類のために PET/MRI も実行されます。

3 年間の計画 化学放射線療法で治療された中咽頭 SCC の統計分析と転帰判定には、適切な症例数と追跡期間が不可欠です。 研究者らはこの研究を3年以内に完了する予定だ。 初年度のこのプロジェクトの作業は次のとおりです。(1) データバンクのカテゴリーを設計する。 (2) ワークフローを設定し、イメージングプロトコルを最適化します。 （3）腫瘍の病期分類におけるMRIコンポーネント、PETコンポーネント、統合されたPET/MRIの診断能力を決定する。 (4) 統合型 PET/MRI における非造影 CT の付加的な診断価値を決定し、(5) 早期の治療反応と残存腫瘍のパターンを研究します。

2年目でも、研究者らは1年目の研究を継続し、さらに以下の研究を含む：（1）中咽頭SCCの治療失敗の発生率と予測因子を決定すること、（2）治療反応と治療効果のパターンを研究すること早期の再発。

3 年目、研究者らはこれまでの研究を継続し、(1) 画像パラメータと患者転帰の関係の統計分析を実行するのに十分なサンプル サイズを取得し、(2) 腫瘍の再発パターンに関する包括的な画像を取得し、治療後の変化/合併症、(3) 生物学的画像パラメータが化学放射線療法の結果と患者の選択にどの程度影響するかを調査する、(4) 評価における PET/MRI 単独および非造影 CT を併用した PET/MRI の精度、落とし穴、費用対効果を分析する中咽頭SCC患者。

PET/MRI プロトコル PET/MRI データは統合型 PET/MRI スキャナー (Biograph mMR、Siemens Healthcare、エアランゲン、ドイツ) で取得され、3.0 T 磁石で同時に PET と MR データを取得します。 検査プロトコルでは、全身スキャンと頭頸部領域の専用検査を組み合わせます (表 1)。 すべての患者はスキャン前に 6 時間絶食します。 370 MBq の FDG の注射後 50 ～ 70 分で、患者は PET/MRI スキャナーのベッドに置かれます。 スカウトイメージングのための高速ビュー T1 強調 MR ローカライザー シーケンスと減衰補正のための Dixon VIBE シーケンスの後、頭から近位大腿部までをカバーする全身 PET スキャンが 5 つのベッド位置で実行されます。取得時間は 4 です。ベッドポジションごとの最小値。 同時に、アキシャル HASTE シーケンスとコロナル STIR シーケンス、およびサジタル T1 強調ターボ スパイン エコー (TSE) と STIR シーケンスを使用して、対応する 5 つのベッド位置に対して全身 MR 画像取得が実行されます。

その後、局所的なPET画像とMRI画像を同時に実行します。 局所 PET は 10 分の取得時間で実行されますが、頭頸部領域の専用 MRI は、T1 強調 TSE シーケンスおよび脂肪飽和を伴う T2 強調 TSE シーケンスを使用して軸方向および冠状投影で取得されます。 アキシャル DWI は、修正された Stejskal-Tanner 拡散勾配パルス方式を備えたシングル ショット スピンエコー エコー プレーナー技術を使用して実行されます。 IVIM および尖度イメージングの再構成には、0、20、40、80、100、200、400、800、1200、1500 秒/mm2 の合計 10 個の b 値が使用されます。

頭頸部領域の DCE-PWI は、3D T1 強調スポイルド グラディエント エコー シーケンスを使用して取得されます。 空間飽和スラブは、頸動脈からの流入効果を最小限に抑えるために、獲得領域の下に移植されます。 造影剤投与前に、ベースラインの縦緩和時間 (T10) 値が、異なるフリップ角 (4°、8°、15°、25°) で取得された画像から計算されます。 次に、常磁性造影剤を 3 ml/s で静脈内投与した後、同じシーケンスを 15° のフリップ アングルで使用して動的シリーズが取得されます。 その後、軸方向および冠状投影における脂肪飽和を伴う T1 強調 TSE シーケンスを使用して、専用の局所 MRI が取得されます。 最後に、脂肪飽和を伴う全身アキシャルVIBEを実行します。 総取得時間は約 42 分で、PET/MR の平均在室時間は約 60 分になります。

非造影低線量CT 同じ検査日のPET/MRIの前に、造影剤造影を行わないスパイラル低線量CTを実施します。 収集パラメータには、120 kVp のピーク電圧、50 mAs、64x0.5 mm のコリメーション、および 3 mm の再構成間隔が含まれます。

データ分析と結果の決定 読者は、患者が中咽頭 SCC を患っていることを認識しており、他の研究の結果や PET/MR データについては知らされていません。 PET、MRI、および肺の CT 画像は、最初に個別に解釈されます。 その後、すべての画像が一緒に検討され、比較されます。 腫瘍の広がり、リンパ節の広がり、遠隔転移のさまざまな分布のチェックリストが記録されます。 臨床および画像所見については、頭頸部研究チームが共同で議論する予定です。 悪性腫瘍が疑われる病変には、可能であれば内視鏡生検、超音波ガイド下細針吸引、またはCTガイド下生検が行われます。 関心のある病変の生検が実行できない場合、または陰性結果が得られた場合は、綿密な臨床および画像検査が行われます。 すべての患者は少なくとも12か月間追跡調査されます。

臨床および機能画像データは、治療反応と予後を予測するために収集および分析されます。 拡散 MRI の場合、固形腫瘍領域をできるだけ多く含むように、ADC マップ上の病変上に関心領域が手動で配置されます。 異なる b 値 S(b) で取得された画像で測定された信号強度は、モデル S(b)=S0 e-b*ADC に対して数値的に適合されます。ここで、S0 と Sb は、異なる b 値での信号強度です。IVIM イメージングの場合、信号強度と b 値の関係は、次の式で表すことができます: Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D＊)] ここで、f は微小血管です。体積分率は微小循環に関連する拡散の割合を表し、D は純粋な拡散係数を表し、D* は灌流関連のインコヒーレントな微小循環を表します。 DKI の場合、信号強度と b 値の関係は次の方程式で表すことができます: ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp ここで、S は信号です。強度 (任意の単位)​​、b は b 値 (s/mm2)、Dapp は見かけの拡散係数 (10-3 mm2/s)、Kapp はガウス分布からの偏差を示す見かけの尖度係数です。 研究者らはまた、方程式で Kapp=0 を使用して単指数フィッティングを実行し、ADCmono を生成します。 DCE-PWI MRI の場合、造影剤濃度の経時変化 Ct(t) が腫瘍内の各ボクセルで決定され、動脈入力関数を使用してコンパートメント トレーサー動態モデルが各ボクセルに適用されます。各個体で測定された Cp(t): Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' ここで、t' は時間 (単位は in)分）を積分変数として表し、Cp(t') は時間の関数としての血漿中の造影剤の濃度です。 PET画像パラメータについては、対象病変のSUVおよびMTVは、病変を含むのに十分な大きさに描かれた境界線を引くことによって、減衰補正された18F-FDG PET画像から測定されます。 SUV のしきい値 2.5 は、MTV の輪郭を描くために使用されます。 TLG は、平均 SUV と MTV の積として計算されます。

統計分析

組織学的所見または 12 か月後の追跡データを基準として使用し、さまざまな画像結果が真陽性、真陰性、偽陽性、または偽陰性に分類されます。 MRI コンポーネント、PET コンポーネント、統合された PET/MRI、胸部 CT のみ、および PET/MRI と胸部 CT の診断精度が計算され、マクネマー検査と比較されます。 それぞれの診断性能は、受信機動作特性曲線の下の領域によって決定されます。 治療反応の評価と予後予測では、ロジスティック回帰分析を使用して、臨床機能変数と画像機能変数の間の関係を特定します。 制御率と生存率は、カプラン マイヤー法を使用してプロットされます。 陽性結果と陰性結果の違いは、ログランク検定によって決定されます。 単変量解析によって特定されたすべての予後変数は、Cox 比例ハザード モデルを使用して多変量モデルに入れられます。 スピアマンの順位相関係数は、変数間の相関を調査するために使用されます。 P 値 < 0.05 は統計的に有意であるとみなされます。