Сочетание радиомики на основе глубокого обучения с жидкостной биопсией для предоперационной и неинвазивной диагностики глиомы

Глиомы являются наиболее распространенными первичными внутричерепными злокачественными новообразованиями, на их долю приходится 27% всех первичных опухолей головного мозга, и примерно у 100 000 человек во всем мире ежегодно диагностируются диффузные глиомы. На сегодняшний день «интегрированная диагностика» считалась золотым стандартом диагностики глиомы, которая сочетает в себе гистопатологию, молекулярную патологию и классификацию Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Предыдущие диагностические критерии глиомы в основном основывались на гистопатологических биопсиях, в то время как гистологическая классификация традиционно определялась на основе морфологии опухоли, что приводило к изменчивости среди наблюдателей из-за пространственной гетерогенности внутри опухоли и ошибок выборки. Кроме того, традиционной гистопатологии несколько сложно объяснить, почему пациенты с одной и той же патологией имеют существенно разную выживаемость. За последнее десятилетие достижения в области методов обнаружения молекулярной патологии и гистопатологии углубили наше понимание молекулярных особенностей и биологии глиом. Все больше доказательств выявило важную роль молекулярного статуса в «интегрированной диагностике» глиомы. В частности, после того, как концепция молекулярной диагностики была предложена в классификации ВОЗ по центральной нервной системе (ЦНС) 2016 г., классификация ЦНС 2021 г. (CNS5) вновь подчеркнула важность нескольких молекулярных биомаркеров в диагностике глиом и руководстве по лечению, включая ген изоцитратдегидрогеназы (IDH). ) статус мутации, статус делеции альфа-талассемии/синдрома умственной отсталости, сцепленный с Х-хромосомой (ATRX), статус делеции 1p19q, мутация промотора теломеразы обратной транскриптазы (TERT) и т. д. Цель которого состоит в том, чтобы более систематически классифицировать подтипы опухолей и классифицировать пациентов с глиомой с аналогичной эффективностью и прогнозом в подгруппу.

В настоящее время стандартом терапии глиом является хирургическая резекция с последующей лучевой терапией и/или химиотерапией в зависимости от клинических и стадий опухоли и молекулярных характеристик. Предоперационная неинвазивная и точная ранняя «комплексная диагностика» принесет большую пользу в лечении и прогнозе пациентов, особенно у пациентов с особой локализацией опухоли, которые не могут быть подвергнуты трепанации черепа или пункционной биопсии. Такие особые пациенты могут проходить экспериментальную лучевую терапию и химиотерапию по результатам неинвазивной диагностики. Хотя диагностические критерии молекулярной информации при глиомах часто основаны на биопсии ткани, другие методы, такие как радиомика, радиогеномика и жидкостная биопсия, показали многообещающие результаты. В настоящее время обычная магнитно-резонансная томография (МРТ) по-прежнему является основным методом диагностики глиом, включая T1w, T2w и T2w-FLAIR до и после контрастирования. Мультимодальная радиомика, основанная на глубоком обучении (DL), может анализировать паттерны внутриопухолевой гетерогенности и особенности визуализации опухоли, которые не воспринимаются человеческим глазом, чтобы проводить «интегрированное прогнозирование» глиом18. До сих пор большинство исследований было сосредоточено на использовании алгоритмов машинного обучения для построения новой радиомной модели для прогнозирования глиомы, R van der Voort et al. разработали модель многозадачной традиционной нейронной сети (CNN) и достигли степени глиомы (II/III/IV) с AUC 0,81, IDH-AUC 90%, AUC коделеции 1p19q 0,85 в тестовом наборе. Лучшая модель DL, разработанная Matsui et al. достигнута общая точность 65,9% в прогнозировании мутации IDH и коделеции 1p/19q. Кроме того, многозадачная модель CNN, созданная Decuyper et al. достигнута точность 94%, 86% и 87% в прогнозировании оценок, мутаций IDH и состояний совместной делеции 1p/19q при внешней проверке. Модель, построенная Luo et al. достигли 83,9% и 80,4% во внешних тестах для гистологической и молекулярной диагностики подтипов. В дополнение к «интегральному прогнозированию» существует множество моделей, которые прогнозируют только классификацию глиомы или отдельные молекулярные маркеры. Между тем, предыдущие исследования были основаны на классификации ЦНС 2016 года для классификации глиом и предсказания молекулярных подтипов. Таким образом, в соответствии с последней классификацией ЦНС 2021 года срочно необходима многозадачная модель радиомики DL для предоперационного и неинвазивного прогнозирования степени глиомы и более обширных молекулярных маркеров.

Хотя радиомика показала некоторую осуществимость в предсказании молекулярной патологии опухоли, нелепо назначать прецизионную таргетную терапию исключительно на основе этого предсказания. Поэтому мы надеемся предоставить больше клинических данных для молекулярно-патологической диагностики пациентов с глиомами, используя технику жидкой биопсии в качестве важного дополнения к радиомике. Циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК), как один из методов жидкой биопсии, преследуют одну и ту же конечную цель - предоперационную неинвазивную и точную диагностику глиом.

Основываясь на нескольких ограничениях современных диагностических моделей глиомы, комбинированные методы радиомики и жидкостной биопсии имеют большой потенциал для неинвазивной диагностики глиомы по классификации и молекулярным маркерам, поскольку оба они просты в применении. Кроме того, насколько нам известно, не проводилось исследования предоперационной неинвазивной диагностики глиомы в контексте радиомики с помощью жидкой биопсии.

Поэтому данное исследование преследует следующие цели. Во-первых, в соответствии с руководством ВОЗ по классификации ЦНС 2021 года мы построили и протестировали многозадачную модель DL для одновременной диагностики сегментации опухоли, классификации глиомы и более обширного молекулярного подтипа, включая мутацию IDH, статус делеции ATRX, ко- делеция, статус мутации гена TERT и т. д. Во-вторых, исходя из одной и той же конечной цели жидкостной биопсии и радиомики, мы новаторски выдвинули концепцию и идею объединения технологий радиомики и жидкостной биопсии для улучшения диагностики глиомы. И благодаря нашему исследованию это обеспечит некоторую клиническую проверку этой концепции, надеясь предоставить некоторые новые идеи для последующих исследований и поддержки принятия клинических решений.