구인두 편평 세포 암종 평가에서 PET/MRI (PETMROPSCC)

연구의 소개 및 목표:

두경부암(HNC)은 대만에서 계속해서 중요한 건강 관리 문제이며 구인두 편평 세포 암종(SCC)이 일반적인 하위 유형입니다. 최근 몇 년간 장기 보존에 대한 우려로 동시 화학방사선 요법이 구인두 SCC의 주요 치료 방식입니다. 따라서 정확한 종양 해부학적 및 생물학적 평가는 치료 전 계획, 치료 후 모니터링 및 예후 결정을 위해 보증됩니다. 생검을 통한 내시경 검사는 구인두 SCC 환자의 주요 진단 도구로 사용됩니다. 컴퓨터 단층촬영(CT)과 자기공명영상(MRI)이 HNC의 종양 범위를 평가하는 데 일반적으로 사용되지만, MRI는 특히 신경주위 침범을 감지하는 데 높은 대비 해상도 덕분에 구인두 영역에서 더 선호됩니다. 이제 전신 MRI가 가능해져서 단일 검사 세션에서 HNC의 원격 부위 상태를 평가할 수 있습니다. FDG-양전자 방출 단층 촬영/CT(PET/CT)는 HNC를 평가하는 또 다른 일반적인 이미징 방식입니다.

두경부암 환자에 대한 연구자의 경험에 따르면 MRI와 PET/CT는 서로 다른 장점이 있으며 서로를 보완할 수 있습니다. 원발성 종양 상태를 평가할 때 MRI의 높은 공간 및 대비 해상도는 복잡한 두경부 해부학적 영역의 주변 정상 조직에서 종양 범위를 묘사할 수 있는 반면, PET에 의한 FDG 양성 조직의 묘사는 주변 비암성 조직에서 종양 성장을 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다. , 특히 조사 침대에서. 국소 결절 상태를 평가할 때 MRI는 후인두 또는 낭포성 괴사 전이성 림프절병증을 발견하는 데 PET/CT보다 우수한 반면, PET/CT는 서브센티미터 림프절의 전이를 발견하는 데 MRI가 뛰어납니다. MRI와 PET를 함께 사용하면 결절 확산 패턴을 명확하게 확인할 수 있습니다.[7]. 원거리 부위에 대한 평가는 뇌, 간, 비장 등 대사율이 높은 장기의 전이성 병변은 전신 MRI가, 만곡, 편평골, 2차 전이성 병변은 PET/CT가 더 우수하다. 식도암이나 결장암과 같은 원발성 장종양.

현재 확산 강조 MR 영상(DWI) 및 동적 조영 증강 관류 가중 영상(DCE-PWI)은 HNC의 기능적 측면을 평가하기 위해 임상적으로 실현 가능합니다. DWI 시퀀스의 정량화된 매개변수는 세포성과 관련된 겉보기 확산 계수(ADC)입니다. DCE-PWI는 용적 전달 속도 상수(Ktrans), 상대 혈관외 세포외 공간(Ve) 및 상대 혈관 혈장 용적(Vp) 및 유출 속도 상수(Kep)를 제공합니다. 이러한 기능적 MRI 기술은 세포질, 혈관신생 및 투과성과 같은 생물학적 정보를 제공할 수 있습니다. 한편, PET는 포도당 대사를 반영하는 표준화된 흡수 값(SUV), 종양 부담을 반영하는 대사 종양 부피(MTV), 포도당 대사와 종양 부담을 모두 통합하는 총 병변 해당작용(TLG)과 같은 대사 정량화 매개변수를 제공할 수 있습니다. . 이러한 MRI 및 PET 기능 매개변수는 화학방사선 반응 및 HNC의 예후를 예측하는 데 유망한 것으로 보입니다. 구강 인두 또는 하 인두 SCC 환자에 대한 이전 연구에서 원발성 종양의 Ktrans는 국소 제어와 관련된 유일한 이미징 매개 변수였으며 목 전이 노드의 ADC 및 Ve 값은 목 제어에 대한 독립적 인 예후 인자였습니다. 국소 림프절의 최대 SUV는 원격 전이의 발생과 유의한 관련이 있었습니다. TLG는 전체 생존과 유의한 관련이 있었습니다.

통합 PET/MRI는 임상 실습에 도입된 새로운 이미징 기술입니다. 하나의 단일 하이브리드 스캐너에 PET와 MRI를 결합하는 것이 유망합니다. 초기 데이터는 PET/MRI가 HNC에 유리하게 수행되었음을 나타냅니다. PET/CT와 유사한 우수한 진단 능력을 보였고 HNC 환자의 임상 정밀 검사에서 PET/CT의 정당한 대안이 될 수 있습니다. PET/MRI로 측정한 대사율은 표준 PET/CT와 매우 일치하는 것으로 나타났습니다. 감쇠 보정 목적으로 Dixon 시퀀스를 통합한 PET/MRI는 PET/CT와 비교할 때 유사한 SUV 값을 산출했습니다. 그럼에도 불구하고 대부분의 연구는 사례 수에 제한이 있거나 특정 종양 개체가 구체적으로 분석되지 않아 증거 측면에서 다소 약화되었습니다. 기반 의학. 또한, HNC의 치료 결과에 대한 PET/MRI의 예측 가치는 보고되지 않았습니다. 특정 종양 기원과 균일한 치료 프로토콜을 가진 대규모 환자 집단에서 PET/MRI에 대한 전향적 연구는 새로운 통합 시스템의 임상적 유용성을 완전히 검증하기 위한 이러한 선구적인 노력을 보완할 것입니다.

최근에 통합 PET/MRI 스캐너(Biograph mMR, Siemens)가 우리 병원에 설치되었습니다. 이 스캐너에서 PET 검출기는 단일 갠트리가 있는 3 Tesla MR 시스템에 완전히 통합되어 PET 및 MR 데이터를 동시에 수집할 수 있습니다. 광범위하게 실용화되기 전에 임상적 유용성이 명시적으로 정의되어야 합니다. 이 연구 프로젝트에서 조사관은 FDG-PET/MRI로 화학방사선 요법을 받은 구인두 SCC 환자 150명을 조사할 것입니다. 비조영 흉부 CT도 같은 날 시행합니다. 조사자들은 다음과 같은 목표를 가지고 있습니다.

목표 1: 전신 병기/재병기를 결정하기 위해 MRI와 PET/CT는 서로 다른 장점이 있으며, 이러한 개별 이미징 양식의 시각적 상관관계는 약간 더 높은 진단 기능을 제공할 수 있습니다. 그러나 일부 병변은 검사 날짜와 위치가 다르기 때문에 서로 잘 일치하지 않을 수 있습니다. 따라서 연구자들은 동시에 취득한 PET/MRI 영상을 통해 종양 침범을 보다 정확하게 파악하여 보다 정확한 종양 병기/재병기 결정으로 이어져 보다 정확한 치료 계획과 더 나은 치료 결과를 도출해야 한다고 생각합니다. 그러나 구인두 SCC에 대한 전신 병기/재병기 결정을 위한 통합 PET/MRI 데이터는 현재 아직 사용할 수 없습니다. 이 전향적 프로젝트에서 연구자들은 구인두 SCC의 종양 병기 및 재병기에서 통합 PET/MRI의 타당성과 임상적 영향을 결정하는 것을 목표로 합니다.

목표 2. 치료 반응 및 예후 예측 기능적 MRI 매개변수 및 FDG-PET/CT 매개변수를 정량화할 수 있으며 HNC에서 화학방사선 요법에 대한 반응을 예측하는 데 사용되었습니다. 그러나 주로 다양한 종양 기원, 샘플 크기, 방법론 및 치료 프로토콜로 인해 다양한 결과가 얻어졌습니다. 또 다른 중요한 혼란 요소는 MRI와 PET/CT가 서로 다른 시간 간격으로 수행되었다는 것입니다. 통합 PET/MRI는 선택한 관심 영역에서 직접 비교할 수 있는 동시 PET 및 MR 기능 데이터를 제공할 수 있으므로 더 정확하고 재현 가능해야 합니다. 그러나 구인두 SCC에서 동시 기능적 PET/MRI 기술의 예측값은 지금까지 보고되지 않았습니다. 반면 IVIM(Intravoxel incoherent motion) 기법을 사용한 DWI는 종양 화학방사선감수성을 예측하는 데 유용할 수 있는 모세관 네트워크의 분자 확산과 미세 순환을 모두 정량화할 수 있는 반면, 첨도(이지수 또는 비가우시안 피팅) 모델링을 사용한 DWI는 문서화되었습니다. 단일 지수 모델링을 사용하는 것보다 생체 내 물 분자 확산에 더 잘 맞습니다[32]. 이 연구 프로젝트에서 조사관은 단일 지수 DWI, IVIM 및 첨도 데이터를 생성할 수 있는 전용 DWI뿐만 아니라 DCE-PWI를 포함하여 PET/MRI 절차의 일부로 기능적 MRI 시퀀스를 추가했습니다. 우리는 화학방사선 요법으로 균일하게 치료된 구인두 SCC 환자 코호트에서 단일 영상 세션에서 통합 PET/MRI 시스템에 대한 MRI 및 PET 기능 결과를 얻는 것을 목표로 합니다. 연구자들은 통합 PET/MRI의 다양한 기능적 매개변수의 예측 값이 보다 명확하게 밝혀질 수 있을 것으로 기대했습니다.

목표 3. 비조영 흉부 CT의 필요성을 결정합니다. PET/CT의 CT 부분을 MRI로 대체하는 것에 대한 우려 중 하나는 MRI가 폐 결절을 묘사하고 구별할 수 있는 능력인 반면, HNC의 원격 전이에 대한 가장 일반적인 위치는 폐입니다. 연구자들의 이전 연구에 따르면 통합 PET/CT의 CT 구성 요소는 FDG-PET 데이터의 특이성뿐만 아니라 민감도를 향상시킬 수 있습니다. 또한 CT는 탄저병과 같은 석회화된 종격동 결절 질환에서 PET 위양성 소견을 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 한편, 연구자들의 이전 연구에서는 하프 푸리에 획득 단일 샷 터보 스핀 에코(HASTE), 체적 보간 호흡 정지 검사(VIBE) 및 짧은 τ 반전 복구(STIR) 시퀀스는 PET/CT의 시퀀스와 유사했습니다. 최근 한 연구에 따르면 PET 데이터를 동시에 획득한 방사형 VIBE 자유 호흡 MRI는 직경이 0.5cm 이상인 결절 검출에 높은 감도를 갖지만 작거나 비 FDG-avid 결절 검출에는 감도가 제한적입니다. . 폐 악성 병변을 감지하는 데 PET/MR에 대한 제한된 데이터를 고려하여 연구자들은 비교를 위해 비조영 강화 CT를 추가하여 폐 병변에 대한 통합 PET/MRI 프로토콜 시퀀스의 성능을 전향적으로 검증하는 것을 목표로 합니다.

재료 및 방법:

이 3개년 전향적 프로젝트에는 조직학적으로 입증된 구인두 SCC 환자 총 160명이 화학방사선 요법에 등록됩니다. 제외 기준에는 이전 두경부 악성 종양, 두 번째 악성 종양, 원격 전이, MRI에 대한 금기(신부전, 인공와우 이식, 심장 박동 조율기 배치 또는 두개내 동맥류 강자성 클립) 및 혈청 포도당 수준 >200 mg/dl이 포함됩니다. 전처리 전에 등록된 각 환자는 PET/MRI 및 인유두종바이러스 검사를 포함한 세부 임상 검사를 받게 됩니다. 참가자들은 또한 같은 날 PET/MRI 전에 저선량 흉부 CT를 받게 됩니다. 치료 후 기간에 베이스라인 전신 MRI는 화학방사선 요법 3개월 후 얻을 것입니다. 그 후, 환자는 6개월마다 대체 확장 필드 CT 및 전신 MRI로 추적 관찰됩니다. 종양 재발이 확인되거나 매우 의심되는 경우 종양 재병기 결정을 위해 PET/MRI도 수행됩니다.

3년 계획 화학방사선 요법으로 치료한 구인두 SCC의 통계 분석 및 결과 결정을 위해서는 적절한 사례 수와 추적 기간이 필수적입니다. 연구자들은 이 연구를 3년 안에 완료할 계획입니다. 첫 해에 이 프로젝트의 첫해 작업은 다음과 같습니다. (1) 데이터 뱅크 범주를 디자인합니다. (2) 워크플로를 설정하고 이미징 프로토콜을 최적화합니다. (3) 종양 병기 결정에서 MRI 구성 요소, PET 구성 요소, 통합 PET/MRI의 진단 능력을 결정합니다. (4) 통합 PET/MRI에서 비조영 CT의 추가된 진단적 가치를 결정하고, (5) 조기 치료 반응과 잔여 종양의 패턴을 연구합니다.

2차년도에는 1차년도 연구에 이어서 다음과 같은 연구를 추가로 포함할 예정이다: (1) 구인두 SCC의 발생률과 치료 실패의 예측 인자를 결정하고, (2) 치료 반응의 패턴을 연구하고, 조기 재발.

3년 차에 조사관은 이전 작업을 계속 수행하고 (1) 이미징 매개변수와 환자 결과 사이의 관계에 대한 통계 분석을 수행하기에 충분한 샘플 크기를 얻고, (2) 종양 재발 패턴에 대한 포괄적인 이미징을 달성하고 치료 후 변화/합병증, (3) 생물학적 영상 매개변수가 화학방사선 요법에 대한 결과 및 환자 선택에 어느 정도 영향을 미칠 수 있는지 조사, (4) 평가에서 PET/MRI 단독 및 비조영 CT를 사용한 PET/MRI의 정확성, 함정 및 비용 효율성 분석 구인두 SCC 환자에서.

PET/MRI 프로토콜 PET/MRI 데이터는 통합 PET/MRI 스캐너(Biograph mMR, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany)에서 수집되며, 3.0-T 자석으로 PET 및 MR 데이터를 동시에 수집합니다. 검사 프로토콜은 전신 스캔과 머리 및 목 부위 전용 검사를 결합합니다(표 1). 모든 환자는 스캔 전 6시간 동안 금식합니다. 370MBq의 FDG 주입 후 50-70분에 환자는 PET/MRI 스캐너 침대에 놓입니다. 스카우트 이미징을 위한 빠른 보기 T1 강조 MR 로컬라이저 시퀀스 및 감쇠 보정을 위한 Dixon VIBE 시퀀스 후, 전신 PET 스캔은 머리에서 근위 허벅지까지 덮기 위해 5개의 침상 위치에서 수행되며 획득 시간은 4입니다. 침대 위치당 최소. 동시에 axial HASTE sequence와 coronal STIR sequence, sagittal T1-weighted Turbo spine echo(TSE) and STIR sequence로 해당 5개의 병상 위치에 대한 전신 MR 영상 획득을 시행한다.

그 후 지역 PET 및 MRI 이미지가 동시에 수행됩니다. 지역 PET는 10분의 획득 시간으로 수행되며, 머리와 목 부위의 전용 MRI는 지방 포화가 있는 T1 강조 TSE 시퀀스 및 T2 강조 TSE 시퀀스를 사용하여 축 및 관상 투영에서 획득됩니다. Axial DWI는 수정된 Stejskal-Tanner 확산 구배 펄싱 방식과 함께 단일 샷 스핀 에코 에코 평면 기술을 사용하여 수행됩니다. 0, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1200, 1500 sec/mm2인 총 10개의 b 값이 IVIM 및 첨도 이미징의 재구성에 사용됩니다.

머리와 목 부위의 DCE-PWI는 3D T1 가중 손상 경사 에코 시퀀스를 사용하여 획득합니다. 경동맥으로부터의 유입 효과를 최소화하기 위해 획득된 영역 아래에 공간 포화 슬래브를 이식합니다. 조영제를 투여하기 전에 다른 플립 각도(4°, 8°, 15° 및 25°)로 획득한 이미지에서 기준 세로 이완 시간(T10) 값을 계산합니다. 그런 다음 상자성 조영제를 3ml/s로 정맥 투여한 후 15° 플립 각도로 동일한 시퀀스를 사용하여 동적 시리즈를 획득합니다. 그 후, 축 및 관상 투영에서 지방 포화도가 있는 T1 강조 TSE 시퀀스로 전용 지역 MRI를 얻습니다. 마지막으로 지방포화도를 이용한 전신 축성 VIBE를 진행합니다. 총 획득 시간은 약 42분이며 PET/MR의 평균 실내 시간은 약 60분입니다.

비증강 저선량 CT 조영제 증강이 없는 스파이럴 저선량 CT는 같은 검사일에 PET/MRI 전에 시행됩니다. 획득 매개변수에는 120kVp의 피크 전압, 50의 mAs, 64x0.5mm의 시준 및 3mm의 재구성 간격이 포함됩니다.

데이터 분석 및 결과 결정 독자는 환자가 구인두 SCC를 가지고 있다는 것을 알고 있으며 다른 연구 결과와 PET/MR 데이터에 대해 눈이 멀게 됩니다. PET, MRI 및 폐 CT 이미지는 먼저 독립적으로 해석됩니다. 그런 다음 모든 이미지를 함께 검토하고 비교합니다. 종양 확장, 결절 전이 및 원격 전이의 다양한 분포에 대한 체크리스트가 기록됩니다. 임상 및 영상 소견은 두경부 연구팀이 공동으로 논의할 예정이다. 가능한 경우 악성이 의심되는 모든 병변에서 내시경 생검, 초음파 유도 세침 흡인 또는 CT 유도 생검을 시행합니다. 관심 병변의 생검이 가능하지 않거나 음성 결과가 나오는 경우, 면밀한 임상 및 영상 후속 조치가 취해질 것입니다. 모든 환자는 최소 12개월 동안 추적 관찰됩니다.

치료 반응 및 예후를 예측하기 위해 임상 및 기능 영상 데이터를 수집하고 분석합니다. 확산 MRI의 경우 관심 영역은 가능한 한 많은 고형 종양 영역을 포함하도록 ADC 맵의 병변에 수동으로 배치됩니다. 서로 다른 b-값 S(b)에서 획득한 이미지에서 측정된 신호 강도는 S(b)=S0 e-b*ADC 모델에 대해 수치적으로 맞춰집니다. 여기서 S0 및 Sb는 서로 다른 b 값에서의 신호 강도입니다. IVIM 이미징의 경우 , 신호 강도와 b 값 사이의 관계는 방정식으로 표현될 수 있습니다: Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D*)] 여기서 f는 미세혈관 미세 순환과 연결된 확산의 분율을 나타내는 부피 분율, D는 순수 확산 계수를 나타내고 D*는 관류 관련 비일관성 미세 순환입니다. DKI의 경우 신호 강도와 b 값 간의 관계는 다음 방정식으로 표현할 수 있습니다. ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp 여기서 S는 신호입니다. 강도(임의 단위), b는 b-값(s/mm2), Dapp는 겉보기 확산 계수(10-3mm2/s), Kapp는 가우시안 분포로부터의 편차를 나타내는 겉보기 첨도 계수입니다. 조사자는 방정식에서 Kapp=0을 사용하여 단일 지수 피팅을 수행하여 ADCmono를 생성합니다. DCE-PWI MRI의 경우 시간에 따른 조영제 농도의 변화 Ct(t)를 종양의 각 복셀에서 결정하고 구획 추적자 동역학 모델을 동맥 입력 함수를 사용하여 각 복셀에 적용합니다. 각 개체에서 측정된 Cp(t): Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' 여기서 t'는 시간(in 분)을 통합 변수로, Cp(t')는 시간의 함수로서 혈장 내 조영제의 농도입니다. PET 영상 매개변수의 경우 대상 병변의 SUV 및 MTV는 병변을 포함할 수 있을 만큼 크게 그려진 경계를 그려 감쇠 보정된 18F-FDG PET 영상에서 측정됩니다. 2.5의 SUV 임계값은 MTV를 설명하는 데 사용됩니다. TLG는 평균 SUV와 MTV의 곱으로 계산됩니다.

통계 분석

조직학적 소견이나 12개월 추적 데이터를 참고 기준으로 하여 다양한 영상 결과를 진양성, 진음성, 위양성 또는 위음성으로 분류합니다. MRI 구성 요소, PET 구성 요소, 통합 PET/MRI, 흉부 CT 단독 및 PET/MRI + 흉부 CT의 진단 정확도를 계산하고 McNemar 테스트와 비교합니다. 각각의 진단 성능은 수신기 작동 특성 곡선 아래의 영역으로 결정됩니다. 치료 반응 평가 및 예후 예측을 위해 로지스틱 회귀 분석을 사용하여 임상 및 영상 기능 변수 간의 관계를 식별합니다. 방제율과 생존율은 Kaplan-Meier 방법을 사용하여 표시됩니다. 양성 및 음성 결과의 차이는 로그 순위 테스트에 의해 결정됩니다. 단변량 분석으로 식별된 모든 예후 변수는 Cox 비례 위험 모델을 사용하여 다변량 모델에 입력됩니다. Spearman의 순위 상관 계수는 변수 간의 상관 관계를 조사하는 데 사용됩니다. P 값 < 0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주됩니다.