ПЭТ/МРТ в оценке плоскоклеточного рака ротоглотки (PETMROPSCC)

Введение и цель исследования:

Рак головы и шеи (HNC) продолжает оставаться серьезной проблемой здравоохранения на Тайване, а плоскоклеточный рак ротоглотки (SCC) является распространенным подтипом. В связи с заботой о сохранении органов в последние годы одновременная химиолучевая терапия является основным методом лечения плоскоклеточного рака ротоглотки. Следовательно, точные анатомические и биологические оценки опухоли необходимы для планирования до лечения, мониторинга после лечения и определения прогноза. Эндоскопия с биопсией служит основным диагностическим методом у пациентов с плоскоклеточным раком ротоглотки. В то время как компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) обычно используются для оценки распространенности опухоли при HNC, МРТ более предпочтительна в области ротоглотки благодаря ее высокому контрастному разрешению, особенно при обнаружении периневральной инвазии. МРТ всего тела теперь возможна, и, таким образом, отдаленный статус HNC можно оценить за один сеанс обследования. ФДГ-позитронно-эмиссионная томография/КТ (ПЭТ/КТ) является еще одним распространенным методом визуализации для оценки HNC.

По опыту исследователей у пациентов с раком головы и шеи, МРТ и ПЭТ/КТ имеют разные преимущества друг перед другом и могут дополнять друг друга. При оценке статуса первичной опухоли высокое пространственное и контрастное разрешение МРТ может очертить размеры опухоли от окружающей нормальной ткани в сложной анатомической области головы и шеи, в то время как разграничение ФДГ-положительной ткани с помощью ПЭТ может помочь дифференцировать рост опухоли от окружающей доброкачественной ткани. , особенно в облученном слое. При оценке состояния регионарных узлов МРТ превосходит ПЭТ/КТ в выявлении заглоточной или кистозно-некротической метастатической лимфаденопатии, тогда как ПЭТ/КТ превосходит МРТ в обнаружении метастазов в субсантиметровых узлах. Комбинированное использование МРТ и ПЭТ может четко продемонстрировать закономерности распространения узлов [7]. Что касается оценки отдаленных участков, МРТ всего тела лучше выявляет метастатические поражения в органах с высоким уровнем метаболизма, таких как мозг, печень или селезенка, в то время как ПЭТ/КТ лучше обнаруживает метастатические поражения в искривленных, плоских костях и, во-вторых, первичная опухоль кишечника, такая как рак пищевода или рак толстой кишки.

В настоящее время диффузионно-взвешенная МРТ (DWI) и перфузионно-взвешенная визуализация с динамическим контрастированием (DCE-PWI) становятся клинически возможными для оценки функциональных аспектов HNC. Количественным параметром последовательности DWI является кажущийся коэффициент диффузии (ADC), который относится к клеточности. DCE-PWI обеспечивает константу скорости переноса объема (Ktrans), относительное внесосудистое внеклеточное пространство (Ve) и относительный объем плазмы в сосудах (Vp), а также константу скорости оттока (Kep). Эти функциональные методы МРТ могут предоставить биологическую информацию, такую ​​как клеточность, ангиогенез и проницаемость. С другой стороны, ПЭТ может предоставить свои метаболические количественные параметры: стандартизированное значение поглощения (SUV), которое отражает метаболизм глюкозы, метаболический объем опухоли (MTV), который отражает тяжесть опухоли, и общий гликолиз поражения (TLG), который объединяет как метаболизм глюкозы, так и тяжесть опухоли. . Эти функциональные параметры МРТ и ПЭТ кажутся многообещающими для прогнозирования химиолучевого ответа и прогноза HNC. В наших предыдущих исследованиях пациентов с ротоглоточным или гипофарингеальным SCC Ktrans первичной опухоли был единственным параметром визуализации, связанным с локальным контролем, в то время как значения ADC и Ve метастатических узлов шеи были независимыми прогностическими факторами для контроля шеи. Максимальный СКВ регионарных лимфатических узлов был достоверно связан с возникновением отдаленных метастазов. TLG были значительно связаны с общей выживаемостью.

Интегрированная ПЭТ/МРТ – это новая технология визуализации, внедренная в клиническую практику. Сочетание ПЭТ и МРТ в одном гибридном сканере является многообещающим. Исходные данные показывают, что ПЭТ / МРТ благоприятны для HNC. Он показал хорошие диагностические возможности, аналогичные ПЭТ / КТ, и может служить законной альтернативой ПЭТ / КТ при клиническом обследовании пациентов с HNC. Метаболические отношения, измеренные с помощью ПЭТ/МРТ, показали превосходное соответствие с таковыми на стандартной ПЭТ/КТ. ПЭТ/МРТ, включающая последовательность Диксона для коррекции затухания, дала аналогичные значения SUV по сравнению с ПЭТ/КТ. Тем не менее, большинство исследований были ограничены по количеству случаев или не анализировались конкретные опухоли, что несколько ослабляло их доказательную силу. Медицина на основе. Кроме того, не сообщалось о прогностической ценности ПЭТ/МРТ в исходах лечения HNC. Проспективное исследование ПЭТ/МРТ на большой группе пациентов с опухолями определенного происхождения и единым протоколом лечения дополнило бы эти новаторские усилия по полной проверке клинической полезности новой интегрированной системы.

Недавно в нашей больнице был установлен интегрированный ПЭТ/МРТ-сканер (Biograph mMR, Siemens). В этом сканере ПЭТ-детекторы полностью интегрированы в МР-систему мощностью 3 Тесла с одним единственным порталом, что позволяет одновременно получать данные как ПЭТ, так и МРТ. Перед его широким практическим применением необходимо четко определить его клиническую полезность. В этом исследовательском проекте исследователи будут исследовать наши 150 пациентов с плоскоклеточным раком ротоглотки, подвергнутых химиолучевой терапии с помощью ФДГ-ПЭТ/МРТ. В этот же день будет проведена КТ грудной клетки без контраста. Исследователи преследуют следующие цели:

Цель 1: определить постановку/повторную постановку всего тела МРТ и ПЭТ/КТ имеют разные преимущества друг перед другом, а визуальная корреляция этих отдельных методов визуализации может дать несколько более высокие диагностические возможности. Однако некоторые поражения могут не соответствовать друг другу из-за разной даты исследования и расположения. Таким образом, исследователи считают, что вовлечение опухоли должно быть сделано более точно с одновременным получением изображений ПЭТ / МРТ, что приведет к более точному стадированию / повторному стадированию опухоли и, в свою очередь, к более точному планированию лечения и лучшим результатам лечения. Однако данные комплексной ПЭТ/МРТ для стадирования/повторного стадирования всего тела при плоскоклеточном раке ротоглотки в настоящее время все еще недоступны. В этом перспективном проекте исследователи стремятся определить осуществимость и клиническое влияние интегрированной ПЭТ / МРТ при определении стадии опухоли и повторной стадии плоскоклеточного рака ротоглотки.

Цель 2. Предсказать ответ на лечение и прогноз. Функциональные параметры МРТ и параметры ФДГ-ПЭТ/КТ могут быть определены количественно и использованы для прогнозирования ответа на химиолучевое лечение при ННГ. Однако были получены разные результаты, в основном из-за различного происхождения опухолей, размеров выборки, методологий и протоколов лечения. Еще одним важным мешающим фактором является то, что МРТ и ПЭТ/КТ проводились в разные промежутки времени. Потому что интегрированная ПЭТ/МРТ может одновременно предоставлять функциональные данные ПЭТ и МРТ, которые позволяют проводить прямое сравнение в выбранных областях интереса и, следовательно, должны быть более точными и более воспроизводимыми. Однако до сих пор не сообщалось о прогностической ценности одновременных функциональных методов ПЭТ / МРТ при плоскоклеточном раке ротоглотки. С другой стороны, DWI с методом внутривоксельного некогерентного движения (IVIM) может количественно оценить как молекулярную диффузию, так и микроциркуляцию в капиллярной сети, что может быть полезно для прогнозирования химиорадиочувствительности опухоли, в то время как DWI с моделированием эксцесса (биэкспоненциальная или негауссовская аппроксимация) была задокументирована. для лучшего соответствия диффузии молекул воды in vivo, чем при моноэкспоненциальном моделировании [32]. В этом исследовательском проекте исследователи добавили функциональные последовательности МРТ как часть процедур ПЭТ/МРТ, включая DCE-PWI, а также специальную DWI, которая может давать моноэкспоненциальные данные DWI, IVIM и эксцесса. Мы стремимся получить функциональные результаты МРТ и ПЭТ на интегрированной системе ПЭТ / МРТ в одном сеансе визуализации в когорте пациентов с плоскоклеточным раком ротоглотки, равномерно леченных химиолучевой терапией. Исследователи ожидали, что прогностические значения различных функциональных параметров интегрированной ПЭТ/МРТ могут быть более четко объяснены.

Цель 3. Определить необходимость бесконтрастной КТ органов грудной клетки. Одной из проблем, связанных с заменой КТ-части ПЭТ/КТ на МРТ, является способность МРТ отображать и дифференцировать узлы в легких, в то время как наиболее распространенным местом отдаленных метастазов HNC являются легкие. Согласно предыдущему исследованию исследователей, КТ-компонент интегрированной ПЭТ/КТ может улучшить не только специфичность, но и чувствительность данных ФДГ-ПЭТ. Кроме того, КТ также помогает уменьшить количество ложноположительных результатов ПЭТ при кальцифицированных узловых заболеваниях средостения, таких как антракоз. Однако, с другой стороны, предыдущие исследования исследователей показали частоту обнаружения легочных метастазов с помощью 3,0-T МРТ с использованием однократного турбо-спин-эхо (HASTE) с получением данных по Фурье, объемной интерполяцией с задержкой дыхания (VIBE) и Последовательности восстановления с короткой инверсией τ (STIR) были аналогичны последовательностям ПЭТ / КТ. Одно недавнее исследование показало, что радиальная МРТ VIBE со свободным дыханием с одновременным получением данных ПЭТ обладает высокой чувствительностью при обнаружении узлов диаметром не менее 0,5 см, но имеет ограниченную чувствительность при обнаружении небольших узлов или узлов, не содержащих ФДГ. . Принимая во внимание ограниченные данные о ПЭТ/МРТ при выявлении злокачественных поражений легких, исследователи стремятся проспективно проверить эффективность нашего интегрированного протокола ПЭТ/МРТ для поражений легких, добавив для сравнения КТ без контрастирования.

Материал и методы:

В этот трехлетний проспективный проект будет включено в общей сложности 160 пациентов с гистологически подтвержденным плоскоклеточным раком ротоглотки, подвергнутых химиолучевой терапии. Критерии исключения включают предыдущую злокачественную опухоль головы или шеи, вторую злокачественную опухоль, отдаленные метастазы, противопоказания к МРТ (почечная недостаточность, кохлеарный имплантат, установка кардиостимулятора или внутричерепные аневризматические ферромагнитные клипсы) и уровень глюкозы в сыворотке >200 мг/дл. Перед предварительным лечением каждый зачисленный пациент пройдет ПЭТ/МРТ и подробное клиническое обследование, включая анализ на вирус папилломы человека. Участники также пройдут низкодозовую КТ грудной клетки в тот же день перед ПЭТ/МРТ. В послеоперационном периоде исходная МРТ всего тела будет выполнена через 3 месяца после химиолучевой терапии. После этого пациенты также будут проходить альтернативную КТ с расширенным полем зрения и МРТ всего тела каждые 6 месяцев. Если рецидив опухоли подтвержден или сильно подозревается, ПЭТ/МРТ также будет выполнена для повторного определения стадии опухоли.

Трехлетнее планирование Адекватное количество случаев и продолжительность наблюдения имеют важное значение для статистического анализа и определения исхода рака ротоглотки, леченного химиолучевой терапией. Исследователи планируют завершить это исследование через 3 года. В первый год работы этого проекта в первый год: (1) разработка категорий банка данных; (2) настроить рабочий процесс и оптимизировать протоколы визуализации; (3) определить диагностические возможности компонента МРТ, компонента ПЭТ, интегрированного ПЭТ/МРТ при стадировании опухоли; (4) определить дополнительную диагностическую ценность бесконтрастной КТ в интегрированной ПЭТ/МРТ и (5) изучить ранний ответ на лечение и характер остаточной опухоли.

На втором году исследователи продолжат работы первого года и включат в себя следующие работы: (1) определить заболеваемость и предикторы неэффективности лечения орофарингеального плоскоклеточного рака и (2) изучить закономерности ответа на лечение и ранний рецидив.

В течение третьего года исследователи продолжат выполнять предыдущую работу, а также (1) получат достаточный размер выборки для проведения статистического анализа взаимосвязи между параметрами визуализации и результатами лечения пациентов, (2) получат исчерпывающую визуализацию закономерностей рецидива опухоли и изменения/осложнения после лечения, (3) исследовать, в какой степени биологические параметры визуализации могут повлиять на исход и отбор пациентов для химиолучевой терапии, (4) проанализировать точность, подводные камни и экономическую эффективность ПЭТ/МРТ в отдельности и ПЭТ/МРТ с бесконтрастной КТ при оценке у пациентов с орофарингеальным SCC.

Протокол ПЭТ/МРТ Данные ПЭТ/МРТ будут получены на встроенном сканере ПЭТ/МРТ (Biograph mMR, Siemens Healthcare, Эрланген, Германия), который одновременно получает данные ПЭТ и МРТ с помощью магнита 3,0 Тл. Протокол обследования будет сочетать сканирование всего тела со специальным обследованием области головы и шеи (таблица 1). Все пациенты будут голодать в течение 6 часов перед сканированием. Через 50-70 минут после инъекции 370 МБк ФДГ пациента помещают на кровать сканера ПЭТ/МРТ. После ускоренной последовательности МРТ-локализатора с Т1-взвешенным изображением для разведочной визуализации и последовательности Dixon VIBE для коррекции затухания будет выполнено ПЭТ-сканирование всего тела в 5 положениях кровати, чтобы охватить область от головы до проксимального отдела бедра, со временем сбора данных 4 мин на одно спальное место. Одновременно будет выполнено МР-изображение всего тела для соответствующих 5 положений кровати с помощью аксиальной последовательности HASTE и коронарной последовательности STIR, а также сагиттальной T1-взвешенной последовательности Turbo позвоночника (TSE) и STIR.

После этого одновременно будут выполняться региональные ПЭТ и МРТ. Регионарная ПЭТ будет выполняться с временем сбора данных 10 минут, в то время как специальная МРТ области головы и шеи будет получена в аксиальной и коронарной проекциях с последовательностью TSE-взвешенных T1 и последовательностей TSE-взвешенных T2 с насыщением жиром. Аксиальная DWI будет выполняться с использованием однократной спин-эхо-эхо-планарной методики с модифицированной схемой пульсации диффузионного градиента Стейскала-Таннера. Всего для реконструкции изображений IVIM и эксцесса будет использоваться 10 значений b, а именно: 0, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1200, 1500 с/мм2.

DCE-PWI в области головы и шеи будет получен с использованием 3D T1-взвешенной испорченной последовательности градиент-эхо. Пластина пространственного насыщения будет имплантирована ниже полученной области, чтобы свести к минимуму эффект притока из сонных артерий. Перед введением контрастного вещества базовые значения времени продольной релаксации (T10) будут рассчитываться по изображению, полученному с разными углами поворота (4°, 8°, 15° и 25°). Затем будет получена динамическая серия с использованием той же последовательности с углом поворота 15 ° после внутривенного введения парамагнитного контрастного вещества со скоростью 3 мл / с. После этого будет проведена специальная региональная МРТ с T1-взвешенной последовательностью TSE с насыщением жиром в аксиальной и коронарной проекциях. Наконец, будет выполнена аксиальная VIBE всего тела с насыщением жиром. Общее время сбора данных составляет около 42 минут, а среднее время проведения ПЭТ/МР в помещении составит около 60 минут.

Неконтрастная низкодозовая КТ Спиральная низкодозовая КТ без усиления контрастным веществом будет выполняться перед ПЭТ/МРТ в тот же день обследования. Параметры сбора данных включают пиковое напряжение 120 кВпик, мАс 50, коллимацию 64x0,5 мм и интервал реконструкции 3 мм.

Анализ данных и определение исхода Читатели знают, что у пациентов имеется плоскоклеточный рак ротоглотки, и они не будут осведомлены о результатах других исследований и данных ПЭТ/МРТ. Изображения ПЭТ, МРТ и КТ легких сначала будут интерпретироваться независимо друг от друга. Затем все изображения будут рассмотрены вместе и сравнены. Будет записан контрольный список различных распределений распространения опухоли, узлового распространения и отдаленных метастазов. Клинические данные и результаты визуализации будут обсуждаться совместно исследовательской группой Head-and-Neck. Эндоскопическая биопсия, тонкоигольная аспирационная биопсия под ультразвуковым контролем или биопсия под контролем КТ будут выполняться при любых поражениях, подозрительных на злокачественность, если это возможно. Если биопсия интересующего очага невозможна или дает отрицательный результат, будет проведено тщательное клиническое и визуализирующее наблюдение. Все пациенты будут находиться под наблюдением не менее 12 месяцев.

Клинические и функциональные данные визуализации будут собраны и проанализированы для прогнозирования ответа на лечение и прогноза. Для диффузионной МРТ интересующие области будут вручную размещены на очагах поражения на карте ADC, чтобы охватить как можно большую площадь солидной опухоли. Интенсивность сигнала, измеренная на изображениях, полученных при разных значениях b, S(b) будет численно соответствовать модели, S(b)=S0 e-b*ADC, где S0 и Sb — интенсивности сигнала при разных значениях b. Для визуализации IVIM , связь между интенсивностью сигнала и значениями b можно выразить уравнением: объемная доля, представляющая долю диффузии, связанную с микроциркуляцией, D представляет собой коэффициент чистой диффузии, а D* представляет собой некогерентную микроциркуляцию, связанную с перфузией. Для DKI связь между интенсивностью сигнала и значениями b может быть выражена уравнением: ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp, где S - сигнал. интенсивность (условные единицы), b — значение b (с/мм2), Dapp — кажущийся коэффициент диффузии (10-3 мм2/с), Kapp — кажущийся коэффициент эксцесса, обозначающий отклонение от распределения Гаусса. Исследователи также выполнят моноэкспоненциальную аппроксимацию, используя Kapp=0 в уравнении, что даст ADCmono. Для МРТ DCE-PWI изменение концентрации контрастного вещества с течением времени, Ct(t), будет определяться в каждом вокселе опухоли, и к каждому вокселу будет применяться компартментальная кинетическая модель индикатора с использованием функции артериального входа, Cp(t), измеренное у каждого человека: Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt', где t' — время (в минут) как переменная интегрирования, а Cp(t') — концентрация контрастного вещества в плазме крови как функция времени. Для параметров визуализации ПЭТ SUV и MTV целевых поражений будут измеряться по изображениям ПЭТ 18F-FDG с поправкой на затухание путем рисования границ, проведенных достаточно большими, чтобы включить поражения. Порог внедорожника 2,5 будет использоваться для определения MTV. TLG рассчитывается как произведение среднего значения SUV и MTV.

Статистический анализ

Используя гистологические данные или данные последующего наблюдения через 12 месяцев в качестве эталона, различные результаты визуализации будут классифицироваться как истинно положительные, истинно отрицательные, ложноположительные или ложноотрицательные. Диагностическая точность компонента МРТ, компонента ПЭТ, интегрированной ПЭТ/МРТ, КТ грудной клетки отдельно и ПЭТ/МРТ плюс КТ грудной клетки будет рассчитываться и сравниваться с тестом Макнемара. Их соответствующие диагностические характеристики будут определяться площадями под кривой рабочих характеристик приемника. Для оценки ответа на лечение и предсказания прогноза будет использоваться логистический регрессионный анализ для выявления взаимосвязи между клиническими и визуализирующими функциональными переменными. Показатели контроля и выживаемости будут нанесены на график с использованием метода Каплана-Мейера. Различия в положительных и отрицательных результатах будут определяться с помощью логарифмического рангового теста. Все прогностические переменные, определенные одномерным анализом, будут включены в многомерную модель с использованием модели пропорциональных рисков Кокса. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена будет использоваться для исследования корреляций между переменными. Значения P <0,05 считаются статистически значимыми.