神経膠腫の術前および非侵襲的診断のためのリキッドバイオプシーとディープラーニングベースのラジオミクスの組み合わせ

神経膠腫は最も一般的な原発性頭蓋内悪性腫瘍であり、すべての原発性脳腫瘍の 27% を占め、世界中で毎年約 100,000 人がびまん性神経膠腫と診断されています。 今日まで、「統合診断」は、組織病理学、分子病理学、および世界保健機関 (WHO) グレードを組み合わせた神経膠腫診断のゴールド スタンダードと考えられていました。 以前の神経膠腫の診断基準は、主に組織病理学的生検に依存してきましたが、組織学的分類は伝統的に腫瘍の形態に基づいて決定されていたため、腫瘍内の空間的不均一性とサンプリングエラーによる観察者内の変動が生じました。 さらに、従来の組織病理学では、同じ病理学を持つ患者の生存率が大幅に異なる理由を説明するのはやや困難です。 過去 10 年間、分子病理学と組織病理学検出技術の進歩により、神経膠腫の分子的特徴と生物学に対する理解が深まりました。 神経膠腫の「統合診断」における分子状態の重要な役割を明らかにする証拠が増えています。 特に、分子診断の概念が 2016 年の WHO 中枢神経系 (CNS) 分類によって提案された後、2021 年の CNS 分類 (CNS5) は、神経膠腫の診断と治療ガイダンスにおけるいくつかの分子バイオマーカーの重要性を再強調しました。 ) 変異状態、α-サラセミア/精神遅滞症候群 X リンク (ATRX) 欠失状態、1p19q 欠失状態、テロメラーゼ逆転写酵素 (TERT) プロモーター変異など。 目的は、腫瘍のサブタイプをより体系的に分類し、同様の有効性と予後を持つ神経膠腫患者をサブグループに分類することです。

神経膠腫の治療の現在の標準は、外科的切除とその後の放射線療法および/または臨床および腫瘍の悪性度および分子特性に基づく化学療法です。 術前の非侵襲的で正確な早期の「統合診断」は、特に開頭術や針生検を受けることができない特別な腫瘍部位を持つ患者の治療と予後に大きな利益をもたらします。 このような特別な患者は、非侵襲的な診断結果に基づいて、実験的な放射線療法や化学療法を受けることができます。 神経膠腫の分子情報の診断基準は組織生検に基づくことが多いが、ラジオミクス、ラジオゲノミクス、リキッドバイオプシーなどの他の技術が有望であることが示されている。 現在、従来の磁気共鳴画像法 (MRI) スキャンは、造影前および造影後の T1w、T2w、および T2w-FLAIR を含む神経膠腫の診断を支援する主な方法です。 深層学習 (DL) に基づくマルチモーダル ラジオミクスは、神経膠腫の「統合予測」を行うために、人間の目では感知できない腫瘍内の不均一性と腫瘍画像の特徴のパターンを分析できます18。 これまで、ほとんどの研究は、ML アルゴリズムを使用して神経膠腫を予測するための新しい放射線モデルを構築することに焦点を当ててきました。マルチタスクの従来型ニューラル ネットワーク (CNN) モデルを開発し、テスト セットで 0.81 の AUC、90% の IDH-AUC、0.85 の 1p19q 同時削除 AUC でグリオーマ グレード (II/III/IV) を達成しました。 松井らが開発した最高のDLモデル。 IDH 変異と 1p/19q 共欠失の予測において、65.9% の全体的な精度を達成しました。 また、Decuyperらによって構築されたマルチタスクCNNモデル。は、外部検証でグレード、IDH 変異、および 1p/19q 同時削除状態を予測する際に 94%、86%、および 87% の精度を達成しました。 Luo らによって構築されたモデル。組織学的および分子サブタイプ診断のための外部テストで83.9％と80.4％を達成しました。 「統合予測」に加えて、神経膠腫のグレーディングまたは単一分子マーカーのみを予測する多くのモデルが存在します。 一方、以前の研究は、神経膠腫のグレーディングと分子サブタイプの予測に関する 2016 年の CNS 分類に基づいていました。 したがって、最新の 2021 年の CNS 分類によると、神経膠腫の等級付けとより広範な分子マーカーを術前および非侵襲的に予測するためのマルチタスク DL ラジオミクス モデルが緊急に必要とされています。

ラジオミクスは腫瘍の分子病理を予測する上である程度の可能性を示していますが、この予測のみに基づいて精密標的療法を行うのはばかげています。 したがって、ラジオミクスの重要な補足としてリキッドバイオプシー技術を使用することにより、神経膠腫患者の分子病理学的診断のためのより多くの臨床的証拠を提供したいと考えています。 リキッドバイオプシー技術の 1 つとしての循環腫瘍細胞 (CTC) は、神経膠腫の術前の非侵襲的かつ正確な診断という同じ最終目的を共有しています。

神経膠腫の現在の診断モデルのいくつかの制限に基づいて、ラジオミクスとリキッドバイオプシーを組み合わせた方法は、どちらも実行が簡単であるため、神経膠腫の等級付けと分子マーカーを非侵襲的に診断する大きな可能性を秘めています。 さらに、私たちの知る限り、液体生検支援ラジオミクスの文脈における神経膠腫の術前の非侵襲的診断の研究はありません。

そこで、本研究は以下の目的を持っています。 まず、CNS 分類の 2021 WHO のガイダンスに従って、IDH 変異、ATRX 欠失状態、1p19q co-欠失、TERT遺伝子の変異状態など 第二に、リキッドバイオプシーとラジオミクスの同じ究極の目的に基づいて、神経膠腫の診断を改善するためにラジオミクスとリキッドバイオプシー技術を組み合わせるという概念とアイデアを革新的に提唱しました。 そして、私たちの研究を通じて、この概念の臨床的検証を提供し、その後の研究にいくつかの新しいアイデアを提供し、臨床的意思決定をサポートすることを望んでいます.