PET/MR i orofaryngeal plateepitelkarsinom evaluering (PETMROPSCC)

Introduksjon og studiemål:

Hode- og nakkekreft (HNC) fortsetter å være et betydelig helseproblem i Taiwan, og orofarynx plateepitelkarsinom (SCC) er den vanlige undertypen. Med bekymring for organbevaring de siste årene, er samtidig kjemoradiasjon den viktigste behandlingsmetoden for orofaryngeal SCC. Derfor er nøyaktige tumoranatomiske og biologiske evalueringer garantert for planlegging av forbehandling, overvåking etter behandling og prognosebestemmelse. Endoskopi med biopsi tjener som de viktigste diagnostiske verktøyene hos pasienter med orofaryngeal SCC. Mens computertomografi (CT) og magnetisk resonansavbildning (MRI) ofte brukes for å evaluere tumoromfanget av HNC, er MR mer foretrukket i orofaryngealområdet på grunn av dets høye kontrastoppløsning, spesielt ved påvisning av perineural invasjon. Helkropps-MR er nå mulig, og dermed kan fjernområdestatusen til HNC evalueres i en enkelt undersøkelsesøkt. FDG-positronemisjonstomografi/CT (PET/CT) er en annen vanlig avbildningsmodalitet for å evaluere HNC.

I følge etterforskernes erfaring hos pasienter med hode- og nakkekreft har MR og PET/CT ulike fordeler fremfor hverandre og kan utfylle hverandre. Ved evaluering av primærtumorstatus kan den høye romlige og kontrastoppløsningen til MR avgrense tumorutstrekningen fra omgivende normalt vev i den komplekse hode- og nakkeanatomiske regionen, mens avgrensning av FDG-positivt vev av PET kan hjelpe til med å skille tumorvekst fra omkringliggende ikke-kreftvev. , spesielt i bestrålt sjikt. Ved evaluering av regional nodalstatus er MR overlegen PET/CT når det gjelder å oppdage retrofaryngeal eller cystisk nekrotisk metastatisk adenopati, mens PET/CT utmerker seg med MR når det gjelder å oppdage metastaser i subcentimeter noder. Den kombinerte bruken av MR og PET kan tydelig demonstrere mønstrene for nodal spredning.[7]. Når det gjelder evalueringen av de fjerne stedene, er MR av hele kroppen bedre til å oppdage metastatisk lesjon i høye metabolske organer som hjerne, lever eller milt, mens PET/CT er overlegen når det gjelder å oppdage de metastatiske lesjonene i de buede, flate beinene og andre. primær tarmsvulst som spiserørskreft eller tykktarmskreft.

For tiden blir diffusjonsvektet MR-avbildning (DWI) og dynamisk kontrastforsterket perfusjonsvektet avbildning (DCE-PWI) klinisk mulig for å vurdere de funksjonelle aspektene ved HNC. Den kvantifiserte parameteren til DWI-sekvensen er tilsynelatende diffusjonskoeffisient (ADC) som er relatert til cellularitet. DCE-PWI gir volumoverføringshastighetskonstanten (Ktrans), relativ ekstravaskulær ekstracellulær plass (Ve) og relativ vaskulær plasmavolum (Vp) samt utstrømningshastighetskonstanten (Kep). Disse funksjonelle MR-teknikkene kan gi biologisk informasjon, slik som cellularitet, angiogenese og permeabilitet. På den annen side kan PET gi sine metabolske kvantifiserte parametere: standardisert opptaksverdi (SUV) som reflekterer glukosemetabolisme, metabolsk tumorvolum (MTV) som reflekterer tumorbelastning, og total lesjonsglykolyse (TLG) som integrerer både glukosemetabolisme og tumorbyrde . Disse funksjonelle parametrene for MR og PET virker lovende for å forutsi kjemoradiasjonsrespons og prognose for HNC. I våre tidligere studier av orofaryngeale eller hypofaryngeale SCC-pasienter, var Ktrans av den primære svulsten den eneste avbildningsparameteren assosiert med lokal kontroll, mens ADC- og Ve-verdier av de metastatiske nodene i nakken var uavhengige prognostiske faktorer for nakkekontroll. Den maksimale SUV av de regionale lymfeknutene var signifikant assosiert med forekomsten av fjernmetastaser. TLG var signifikant assosiert med total overlevelse.

Integrert PET/MRI er en ny bildeteknologi introdusert i klinisk praksis. Kombinasjonen av PET og MR i én enkelt hybridskanner er lovende. De første dataene viser at PET/MRI presterte gunstig for HNC. Den viste god diagnostisk evne som ligner PET/CT og kan tjene som et legitimt alternativ til PET/CT i den kliniske oppfølgingen av pasienter med HNC. De metabolske forholdene målt PET/MRI viste utmerket samsvar med de på standard PET/CT. PET/MRI som inkorporerte Dixon-sekvensen for dempingskorreksjon, ga lignende SUV-verdier sammenlignet med PET/CT. Likevel var de fleste studier begrenset i antall tilfeller, eller ingen spesiell tumorenhet ble spesifikt analysert, noe som svekket deres kraft i form av bevis. -basert medisin. I tillegg er den prediktive verdien av PET/MRI i behandlingsresultatet av HNC ikke rapportert. En prospektiv studie av PET/MRI i en stor gruppe pasienter med spesifikk tumoropprinnelse og enhetlig behandlingsprotokoll vil utfylle disse banebrytende innsatsene for å fullt ut validere den kliniske nytten av det nye integrerte systemet.

Nylig er integrert PET/MR-skanner (Biograph mMR, Siemens) installert på sykehuset vårt. I denne skanneren er PET-detektorene fullt integrert i 3 Tesla MR-systemet med ett enkelt portal, noe som muliggjør samtidig innhenting av både PET- og MR-data. Før dens omfattende praktiske bruk, bør dens kliniske nytte være eksplisitt definert. I dette forskningsprosjektet vil etterforskerne undersøke våre 150 pasienter med orofaryngeal SCC utsatt for kjemoradiasjon med FDG-PET/MRI. Bryst-CT uten kontrast vil også bli utført samme dag. Etterforskerne har følgende mål:

Mål 1: å bestemme hele kroppens iscenesettelse/gjenoppretting MR og PET/CT har forskjellige fordeler fremfor hverandre, og visuell korrelasjon av disse separate avbildningsmodalitetene kan gi en litt høyere diagnostisk evne. Det kan imidlertid hende at noen lesjoner ikke passer godt til hverandre på grunn av ulik undersøkelsesdato og posisjonering. Derfor mener etterforskerne at tumorinvolvering bør gjøres mer nøyaktig med samtidig ervervet PET/MR-avbildning, noe som fører til mer nøyaktig tumorstadieinndeling/gjenoppretting, og i sin tur til mer presis behandlingsplanlegging og bedre behandlingsresultat. Imidlertid er dataene for integrert PET/MRI for hele kroppens staging/gjenoppretting på orofaryngeal SCC fortsatt utilgjengelig for øyeblikket. I dette prospektive prosjektet tar etterforskerne sikte på å bestemme gjennomførbarheten og den kliniske effekten av integrert PET/MRI i svulststadieinndeling og omplassering av orofaryngeal SCC

Mål 2. å forutsi behandlingsrespons og prognose Funksjonelle MR-parametre og FDG-PET/CT-parametere kan kvantifiseres og har blitt brukt for å forutsi respons på kjemoradiasjon i HNC. Imidlertid hadde variable resultater blitt oppnådd, hovedsakelig på grunn av forskjellig tumoropprinnelse, prøvestørrelser, metoder og behandlingsprotokoller. En annen viktig forvirrende faktor er at MR og PET/CT ble utført med forskjellige tidsintervaller. Fordi integrert PET/MRI kan gi samtidige PET- og MR-funksjonelle data som muliggjør direkte sammenligning i de utvalgte områdene av interesse, og bør derfor være mer nøyaktige og mer reproduserbare. Imidlertid har de prediktive verdiene av samtidige funksjonelle PET/MRI-teknikker i orofaryngeal SCC ikke blitt rapportert før nå. På den annen side kan DWI med intravoxel incoherent motion (IVIM) teknikk kvantifisere både molekylær diffusjon og mikrosirkulasjon i kapillærnettverket som kan være nyttig for å forutsi tumor kjemoradiosensitivitet, mens DWI med kurtosis (bieksponentiell eller ikke-Gaussisk tilpasning) modellering er dokumentert for å gi en bedre tilpasning av in vivo vannmolekyldiffusjonen enn det med monoeksponentiell modellering[32]. I dette forskningsprosjektet la etterforskerne til funksjonelle MR-sekvenser som deler av PET/MRI-prosedyrer, inkludert DCE-PWI så vel som dedikert DWI som kan gi monoeksponentielle DWI-, IVIM- og Kurtosis-data. Vi tar sikte på å oppnå MR- og PET-funksjonelle resultater på integrert PET/MRI-system i enkeltbildeøkten i pasientkohorten av orofaryngeal SCC behandlet jevnt med kjemoradiasjon. Etterforskerne forventet at de prediktive verdiene til de ulike funksjonelle parameterne til integrert PET/MR kan belyses klarere.

Mål 3. å bestemme nødvendigheten av ikke-kontrast CT thorax. En av bekymringene ved å erstatte CT-delen av PET/CT med MR er evnen til MR til å skildre og differensiere lungeknuter, mens den vanligste plasseringen for fjernmetastaser av HNC er lunge. I følge etterforskernes tidligere studie kan CT-komponenten av integrert PET/CT forbedre ikke bare spesifisiteten, men også sensitiviteten til FDG-PET-data. I tillegg bidrar CT også til å redusere falske positive funn av PET ved forkalket mediastinal nodalsykdom, som antrakose. På den annen side viste imidlertid etterforskernes tidligere studier påvisningshastigheten av lungemetastaser med 3,0-T MR ved bruk av halv Fourier-akkvisisjon enkeltskudd turbo spin-ekko (HASTE), volumetrisk interpolert pust-hold-undersøkelse (VIBE) og korte τ-inversjonsgjenopprettingssekvenser (STIR) var lik de for PET/CT. En fersk studie har vist at radiell VIBE fripustende MR med samtidig innhentede PET-data har høy følsomhet ved deteksjon av knuter med en diameter på minst 0,5 cm, men har begrenset følsomhet for deteksjon av små eller ikke-FDG-ivrige knuter . Tatt i betraktning de begrensede dataene om PET/MR ved påvisning av ondartet lunge-lesjon, har etterforskerne som mål å prospektivt validere ytelsen til våre integrerte PET/MRI-protokollsekvenser for lungelesjoner ved å legge til ikke-kontrastforbedret CT for sammenligning.

Materialer og metoder:

I dette treårige prospektive prosjektet vil totalt 160 pasienter med histologisk påvist orofaryngeal SCC utsatt for kjemoradiasjon bli registrert. Eksklusjonskriterier inkluderer tidligere ondartet svulst i hode eller nakke, en andre ondartet svulst, fjernmetastaser, kontraindikasjoner mot MR (nyresvikt, cochleaimplantat, plassering av hjertepacemaker eller intrakranielle aneurysmale ferromagnetiske klips) og serumglukosenivå >200 mg/dl. Før forbehandling vil hver påmeldte pasient gjennomgå PET/MRI og detaljert klinisk undersøkelse, inkludert humant papillomavirustest. Deltakerne skal også gjennomgå lavdose-thorax-CT samme dag før PET/MR. I etterbehandlingsperioden vil baseline helkropps-MR bli tatt 3 måneder etter kjemoradiasjon. Deretter vil pasientene følges opp også med alternativ CT og helkropps-MR hver 6. måned. Hvis tumorresidiv er bekreftet eller sterkt mistenkt, vil PET/MRI også bli utført for tumorre-stadie.

Treårsplanleggingen Tilstrekkelig antall tilfeller og oppfølgingsvarighet er avgjørende for statistisk analyse og utfallsbestemmelse av orofaryngeal SCC behandlet med kjemoradiasjon. Etterforskerne planlegger å gjennomføre denne studien om 3 år. I det første året vil arbeidet med dette prosjektet i det første året: (1) designe databankkategoriene; (2) sette opp arbeidsflyten og optimalisere bildebehandlingsprotokollene; (3) bestemme den diagnostiske evnen til MR-komponent, PET-komponent, integrert PET/MRI i tumorstadie; (4) bestemme eventuelle tilleggsdiagnostiske verdier av ikke-kontrast-CT i integrert PET/MRI, og (5) studere den tidlige behandlingsresponsen og mønstrene for gjenværende tumor.

I det andre året vil etterforskerne fortsette til det første års arbeid, og videre inkludere følgende arbeid: (1) for å bestemme forekomst og prediktorer for behandlingssvikt av orofaryngeal SCC, og (2) for å studere mønstrene for behandlingsrespons og tidlig tilbakefall.

I det tredje året vil etterforskerne fortsette å gjøre tidligere arbeid og vil også (1) få tilstrekkelig utvalgsstørrelse til å utføre statistisk analyse av forholdet mellom avbildningsparametrene og pasientutfall, (2) oppnå omfattende bildediagnostikk om mønstre av tumorresidiv og endringer/komplikasjoner etter behandling, (3) undersøke i hvilken grad biologiske bildediagnostiske parametere kan påvirke utfall og pasientvalg for kjemoradiasjon, (4) analysere nøyaktigheten, fallgruvene og kostnadseffektiviteten til PET/MR alene og PET/MR med ikke-kontrast CT i evalueringen hos pasienter med orofaryngeal SCC.

PET/MRI-protokollen PET/MRI-data vil bli innhentet på den integrerte PET/MRI-skanneren (Biograph mMR, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland), som samler inn samtidige PET- og MR-data med en 3.0-T-magnet. Undersøkelsesprotokollen vil kombinere en helkroppsskanning med en dedikert undersøkelse av hode- og nakkeområdet (tabell 1). Alle pasienter vil faste i 6 timer før skanningen. 50-70 minutter etter injeksjon av 370 MBq FDG, vil pasienten bli plassert på PET/MR-skannersengen. Etter fast-view T1-vektet MR-lokaliseringssekvens for speideravbildning og Dixon VIBE-sekvens for dempingskorreksjon, vil en PET-skanning av hele kroppen bli utført i 5 sengeposisjoner for å dekke fra hodet til det proksimale låret, med en innsamlingstid på 4 min per sengestilling. Samtidig vil MR-bildeinnhenting av hele kroppen bli utført for de tilsvarende 5 sengeposisjonene med den aksiale HASTE-sekvensen og koronal STIR-sekvensen samt det sagittale T1-vektede Turbo-ryggradsekkoet (TSE) og STIR-sekvensen.

Etterpå vil regionale PET- og MR-bilder bli utført samtidig. Regional PET vil bli utført med en innsamlingstid på 10 min, mens en dedikert MR av hode- og nakkeregionen vil bli innhentet i de aksiale og koronale projeksjonene med T1-vektet TSE-sekvens og T2-veid TSE-sekvens med fettmetning. Aksial DWI vil bli utført ved å bruke en spin-ekko-ekko-planar teknikk med ett enkelt skudd med modifisert Stejskal-Tanner diffusjonsgradient pulseringsskjema. Totalt 10 b-verdier vil bli brukt for rekonstruksjon av IVIM og kurtosis-avbildning, som er: 0, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1200, 1500 sek/mm2.

DCE-PWI ved hode- og nakkeregionen vil bli innhentet ved å bruke en 3D T1-vektet spoilt gradient-ekkosekvens. En romlig metningsplate vil bli implantert lavere enn den ervervede regionen for å minimere innstrømningseffekten fra halspulsårene. Før administrasjonen av kontrastmiddelet vil baseline longitudinell avslapningstid (T10)-verdier bli beregnet fra bilde tatt med forskjellige flip-vinkler (4°, 8°, 15° og 25°). Deretter vil den dynamiske serien innhentes ved bruk av samme sekvens med en 15° vippevinkel, etter intravenøs administrering av paramagnetisk kontrastmiddel ved 3 ml/s. Deretter vil det oppnås dedikert regional MR med T1-vektet TSE-sekvens med fettmetning i aksial- og koronale projeksjoner. Til slutt vil hele kroppen aksial VIBE med fettmetning utføres. Den totale innsamlingstiden er ca. 42 minutter, og gjennomsnittlig romtid for PET/MR vil være ca. 60 minutter.

Ikke-forsterket lavdose-CT Spiral-lavdose-CT uten kontrastmaterialeforsterkning vil bli utført før PET/MR samme undersøkelsesdag. Innsamlingsparametere inkluderer toppspenning på 120 kVp, mAs på 50, kollimering på 64x0,5 mm og rekonstruksjonsintervall på 3 mm.

Dataanalyse og resultatbestemmelse Lesere er klar over at pasienter har orofaryngeal SCC, og de vil bli blindet for resultatene fra andre studier og PET/MR-data. PET-, MR- og lunge-CT-bildene vil først bli tolket uavhengig. Alle bildene vil deretter bli gjennomgått sammen og sammenlignet. En sjekkliste over ulike fordelinger av tumorforlengelse, nodalspredning og fjernmetastaser vil bli registrert. De kliniske funnene og bildediagnostiske funnene vil bli diskutert i fellesskap av hode-og-hals-forskningsteamet. Endoskopisk biopsi, ultrasonografisk veiledet finnålsaspirasjon eller CT-veiledet biopsi vil bli utført ved eventuelle lesjoner med mistanke om malignitet hvis mulig. Hvis biopsi av lesjonen av interesse ikke er mulig, eller gir et negativt resultat, vil tett klinisk oppfølging og bildeoppfølging bli fulgt. Alle pasienter vil bli fulgt opp i minst 12 måneder.

De kliniske og funksjonelle bildedataene vil bli samlet inn og analysert for å forutsi behandlingsrespons og prognose. For diffusjons-MR vil områder av interesse manuelt plasseres på lesjonene på ADC-kartet for å omfatte så mye av det solide tumorområdet som mulig. Signalintensitetene målt på bildene tatt med forskjellige b-verdier S(b) vil tilpasses numerisk mot modellen, S(b)=S0 e-b*ADC, der S0 og Sb er signalintensiteter ved forskjellige b-verdier, For IVIM-avbildning , kan forholdet mellom signalintensiteter og b-verdier uttrykkes ved ligningen: Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D＊)] der f er en mikrovaskulær volumfraksjon som representerer brøkdelen av diffusjonen knyttet til mikrosirkulasjon, D representerer ren diffusjonskoeffisient, og D* er perfusjonsrelatert inkoherent mikrosirkulasjon. For DKI kan forholdet mellom signalintensiteter og b-verdier uttrykkes ved ligningen: ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp hvor S er signalet intensitet (vilkårlige enheter), b er b-verdien (s/mm2), Dapp er den tilsynelatende diffusjonskoeffisienten (10-3 mm2/s), og Kapp er den tilsynelatende kurtose-koeffisienten som angir avviket fra en gaussisk fordeling. Undersøkerne vil også utføre monoeksponentiell tilpasning ved å bruke Kapp=0 i ligningen, noe som gir ADCmono. For DCE-PWI MR, vil endringen i kontrastmiddelkonsentrasjon over tid, Ct(t), bestemmes i hver voksel i svulsten, og den kompartmentelle tracer-kinetiske modellen vil bli brukt på hver voxel ved å bruke en arteriell inngangsfunksjon, Cp(t), målt i hvert individ: Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' der t' er tiden (i minutter) som en integrasjonsvariabel, og Cp(t') er konsentrasjonen av kontrastmiddel i blodplasma som en funksjon av tid. For PET-bildeparametere vil SUV og MTV for mållesjonene bli målt fra dempningskorrigerte 18F-FDG PET-bilder ved å tegne grensene som er tegnet store nok til å inkludere lesjonene. En SUV-terskel på 2,5 vil bli brukt for å avgrense MTV. TLG beregnes som produktet av gjennomsnittlig SUV og MTV.

Statistisk analyse

Ved å bruke histologiske funn eller oppfølgingsdata etter 12 måneder som referansestandard, vil ulike bildediagnostiske resultater klassifiseres som sann-positive, sann-negative, falsk-positive eller falsk-negative. De diagnostiske nøyaktighetene til MR-komponent, PET-komponent, integrert PET/MRI, CT thorax alene og PET/MRI pluss CT thorax vil bli beregnet og sammenlignet med McNemar-testen. Deres respektive diagnostiske ytelse vil bli bestemt med områdene under mottakerens driftskarakteristiske kurve. For behandlingsresponsevaluering og prognoseprediksjon vil logistiske regresjonsanalyser bli brukt for å identifisere sammenhengen mellom kliniske og avbildningsfunksjonelle variabler. Kontroll- og overlevelsesraten vil bli plottet ved hjelp av Kaplan-Meier-metoden. Forskjeller i positive og negative resultater vil bli bestemt ved log-rank test. Alle prognostiske variabler identifisert ved univariat analyse vil bli satt inn i den multivariate modellen ved bruk av Cox proporsjonale faremodell. Spearmans rangkorrelasjonskoeffisient vil bli brukt for å undersøke korrelasjonene mellom variablene. P-verdier < 0,05 anses som statistisk signifikant.