신경아교종의 수술 전 및 비침습적 진단을 위해 딥 러닝 기반 라디오믹스와 액체 생검 결합

신경아교종은 가장 흔한 원발성 두개내 악성종양으로 모든 원발성 뇌종양의 27%를 차지하며 매년 전 세계적으로 약 100,000명이 미만성 신경교종으로 진단됩니다. 지금까지 조직병리학, 분자병리학, 세계보건기구(WHO) 등급을 결합한 '통합진단'은 신경교종 진단의 황금률로 여겨졌다. 이전의 신경아교종 진단 기준은 주로 조직병리학적 생검에 의존하는 반면, 조직학적 분류는 전통적으로 종양 형태를 기반으로 결정되어 종양 내 공간 이질성 및 샘플링 오류로 인해 관찰자 내 가변성이 발생했습니다. 또한, 전통적인 조직병리학으로는 동일한 병리를 가진 환자의 생존율이 현저히 다른 이유를 설명하기가 다소 어렵습니다. 지난 10년 동안 분자 병리학 및 조직병리학 검출 기술의 발전으로 신경아교종의 분자적 특징과 생물학에 대한 이해가 깊어졌습니다. 증가하는 증거는 신경아교종의 "통합 진단"에서 분자 상태의 중요한 역할을 밝혀냈습니다. 특히, 2016년 WHO 중추신경계(CNS) 분류에서 분자진단의 개념이 제시된 후, 2021년 CNS 분류(CNS5)에서는 신경아교종 진단 및 치료 지침에서 IDH(isocitrate dehydrogenase gene)를 비롯한 여러 분자 바이오마커의 중요성을 다시 강조하였다. ) 돌연변이 상태, 알파-지중해빈혈/정신지체증후군 X-연관(ATRX) 결실 상태, 1p19q 결실 상태, TERT(telomerase reverse transcriptase) 프로모터 돌연변이 등 목적은 종양 아형을 보다 체계적으로 분류하고 유사한 효능 및 예후를 갖는 신경아교종 환자를 하위군으로 분류하는 것이다.

신경아교종 치료의 현재 표준은 임상 및 종양 등급 및 분자 특성에 기초한 방사선 요법 및/또는 화학 요법이 뒤따르는 외과적 절제입니다. 수술 전 비침습적이고 정확한 조기 "통합 진단"은 특히 개두술이나 바늘 생검을 받을 수 없는 특수한 종양 위치를 가진 환자의 치료 및 예후에 큰 이점을 가져올 것입니다. 이러한 특수 환자는 비침습적 진단 결과에 따라 실험적인 방사선 치료와 화학 요법을 받을 수 있습니다. 신경아교종의 분자 정보에 대한 진단 기준은 종종 조직 생검을 기반으로 하지만 방사성학, 방사선유전체학 및 액체 생검과 같은 다른 기술이 가능성을 보여주었습니다. 현재 기존의 자기 공명 영상(MRI) 스캔은 조영 전 및 후 T1w, T2w 및 T2w-FLAIR를 포함하여 신경아교종의 진단을 지원하는 주요 방법입니다. 딥 러닝(DL)을 기반으로 하는 Multimodal radiomics는 신경교종18의 "통합 예측"을 수행하기 위해 인간의 눈으로 감지할 수 없는 종양 내 이질성 및 종양 이미징 기능의 패턴을 분석할 수 있습니다. 지금까지 대부분의 연구는 ML 알고리즘을 사용하여 신경아교종을 예측하기 위한 새로운 방사성 모델을 구성하는 데 중점을 두었습니다. R van der Voort et al. 다중 작업 기존 신경망(CNN) 모델을 개발하고 테스트 세트에서 AUC 0.81, IDH-AUC 90%, 1p19q 공동 삭제 AUC 0.85로 신경아교종 등급(II/III/IV)을 달성했습니다. Matsui et al.이 개발한 최고의 DL 모델. IDH 돌연변이 및 1p/19q 공동 결실 예측에서 65.9%의 전체 정확도를 달성했습니다. 또한, Decuyper et al.에 의해 구축된 다중 작업 CNN 모델. 외부 검증에서 등급, IDH 돌연변이 및 1p/19q 공동 결실 상태 예측에서 94%, 86% 및 87% 정확도를 달성했습니다. Luo et al.에 의해 구성된 모델. 조직학적 및 분자적 아형 진단을 위한 외부 검사에서 83.9% 및 80.4%를 달성했습니다. "통합 예측" 외에도 신경아교종 등급 또는 단일 분자 마커만 예측하는 많은 모델이 존재합니다. 한편, 이전 연구는 신경아교종 등급 및 분자 아형 예측을 위한 2016 CNS 분류를 기반으로 했습니다. 따라서 최신 2021 CNS 분류에 따라 신경아교종 등급 및 보다 광범위한 분자 마커를 수술 전 및 비침습적으로 예측하기 위한 다중 작업 DL 방사성 모델이 시급히 필요합니다.

방사성학이 종양 분자 병리를 예측하는 데 어느 정도 타당성을 보여주었지만, 이 예측만을 근거로 정밀 표적 치료를 시행하는 것은 우스꽝스럽습니다. 따라서, 우리는 방사성체의 중요한 보완물로서 액체 생검 기술을 사용하여 신경아교종 환자의 분자 병리학적 진단을 위한 더 많은 임상적 증거를 제공하기를 희망합니다. 액체 생검 기술 중 하나인 순환 종양 세포(CTC)는 수술 전 비침습적이고 정확한 신경교종 진단이라는 동일한 최종 목표를 공유합니다.

신경아교종의 현재 진단 모델의 몇 가지 제한 사항과 방사능 및 액체 생검의 결합 방법은 모두 수행하기 쉽기 때문에 비침습적으로 신경교종 등급 및 분자 마커를 진단할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 또한, 우리가 아는 한, 액체 생검 보조 방사선학의 맥락에서 신경아교종의 수술 전 비침습적 진단에 대한 연구는 없었습니다.

따라서 본 연구는 다음과 같은 목적을 가진다. 첫째, CNS 분류의 2021년 WHO 지침에 따라 종양 세분화, 신경아교종 분류 및 IDH 돌연변이, ATRX 결실 상태, 1p19q co- 결실, TERT 유전자 돌연변이 상태 등 둘째, 액체생검과 방사능학이라는 동일한 궁극적인 목적을 바탕으로 신경교종의 진단을 향상시키기 위해 방사능학과 액체생검 기술을 결합하는 개념과 아이디어를 혁신적으로 제시합니다. 그리고 우리의 연구를 통해 후속 연구를 위한 몇 가지 새로운 아이디어를 제공하고 임상 의사 결정을 지원하기를 희망하면서 이 개념에 대한 일부 임상 검증을 제공할 것입니다.