头颈部鳞状细胞癌功能成像的病理学验证

背景和背景

1.1.介绍

同步（化学）放疗 (CRT) 是局部晚期头颈部鳞状细胞癌 (HNSCC) 患者的当前护理标准。 重要的功能结构与肿瘤的接近度使治疗变得非常复杂。 治疗相关的毒性可能很严重，口干和吞咽困难严重影响患者的生活质量。 使用改变的分割方案和/或同步化疗已导致局部区域控制的实质性进展，从而显着改善总生存期。 尽管接受 RT 治疗的局部晚期 HNSCC 患者的预后不断改善，但仍有大量局部区域失败。

使用高度适形放疗，研究人员可以通过对肿瘤的抗辐射性更强的部分给予更高的剂量来提高治疗指数，同时保持甚至减少对周围组织的剂量。 功能成像可以帮助我们定义这些抗辐射子体积，并帮助我们在未来更好地描绘大体肿瘤体积 (GTV)。 正电子发射断层扫描 (PET)、扩散加权磁共振成像 (DWI) 和动态对比增强 MRI (DCE-MRI) 可以让我们进一步了解肿瘤的潜在生物学和微观结构特征。 然而，目前研究人员不确定如何解释从这些功能成像模式中获得的不同成像参数。 因此，研究人员希望将成像参数与肿瘤的病理特征相关联。 另一方面，研究人员希望将功能成像模式定义的 GTV 与病理 GTV 相关联，看看这些模式是否可以帮助我们在未来更准确地描绘 GTV。

1.2.成像方式

1.2.1. FDG-正电子发射断层扫描 (FDG-PET)

葡萄糖代谢增加是许多恶性肿瘤（包括 HNSCC）的基本特征。 注射放射性标记的 2' 氟脱氧葡萄糖 (18F-FDG) 后的正电子发射断层扫描 (PET) 可以帮助我们使用标准化摄取值 (SUV) 测量和量化肿瘤中的这种代谢。 几项研究已经将治疗前的高 SUV 与 HNSCC 中显着更差的结果相关联。 此外，大多数局部复发似乎发生在 FDG-PET 定义的 GTV 内。 其分子基础尚不完全清楚。

增殖的肿瘤细胞以高速率消耗葡萄糖并释放乳酸而不是二氧化碳。 通过这种方式，他们从 ATP 的产生中省略了线粒体驱动的葡萄糖氧化磷酸化（= Warburg 效应）。 几个分子参数与这种糖酵解开关相关，例如缺氧诱导的 HIF1α 的激活和 GLUT 葡萄糖转运蛋白的增加。 到目前为止，在缺氧和 FDG 摄取之间没有发现明确的相关性。

1.2.2. 弥散加权磁共振成像 (DWI)

扩散加权磁共振成像 (DWI) 可以根据水分子的随机位移来表征组织。 在生物组织中，这种位移受到潜在组织特异性屏障的限制，这种差异可以使用表观扩散系数 (ADC) 值进行量化和可视化。 一项针对我们中心 165 名 HNSCC 患者的研究表明，治疗前 ADC 值是一个强有力的独立预后因素。 ADC 值高的患者比 ADC 值低的患者对电离辐射的反应更差。 目前还没有明确的解释为什么细胞密度较高的肿瘤比密度较低的肿瘤对放射线更敏感。 许多微观特征会影响组织中的水扩散率（坏死的存在、细胞密度、炎症、细胞膜的完整性）。 其中许多还会影响肿瘤的放射和化学敏感性。

1.2.3. 动态对比增强磁共振成像 (DCE-MRI)

动态对比增强 MRI (DCE-MRI) 是一种非侵入性成像模式，已开发和评估用于表征组织的血管特性。 充足的氧气供应对于电离辐射的有效性至关重要。 然而，肿瘤血管生成远非完美，新形成的血管显示出渗透性、曲折性和普遍较差的功能。 这些血管特性可以让我们深入了解肿瘤的侵袭性和放射敏感性。 动态计算机断层扫描 (CT) 表明，灌注测量可以预测头颈癌放疗后的结果。 同样，DCE-MRI 的定量评估也与 HNSCC 患者对电离辐射的反应相关。 最近一项针对有限数量患者的试验将某些 DCE-MRI 参数与肿瘤内缺氧相关联。 然而，到目前为止还没有进行空间关联。

学习目标

2.1.主要目标

本研究的主要目的是将 DWI、DCE-MRI 和 FDG-PET 与头颈癌患者的缺氧空间分布相关联。

2.2.次要目标

A. 将功能成像的发现与描述增殖、缺氧和葡萄糖代谢的内在分子参数相关联。

B. 验证缺氧标记物和 15 基因缺氧基因表达分类器的使用。

C. 比较来自病理学的肿瘤体积与在几种解剖学和功能成像模式上描绘的体积。

学习规划

该试验的目标人群是经组织学证实的喉鳞状细胞癌患者，符合手术条件，分期为 T3-4。 在治疗之前，患者将接受 FDG-PET/CT 和 MRI 以及 DW 和 DCE，专门用于原发肿瘤的最佳可视化和分析。 成像方式将尽可能靠近手术进行（手术前一周 PET/CT；手术前一天 MRI）。

在治疗之前，放射科医师将根据其视觉质量和功能参数的异质性选择成像模式的三个切片。 这些感兴趣的区域将与切除标本上的不同组织病理学参数进行比较。 放射科医生还将根据 DWI 和 DCE 参数选择怀疑缺氧的区域。 将从这些区域进行活组织检查。

全喉切除术后，将对切除标本进行定向，并从在成像方式上选择的肿瘤区域获得活检材料。其余标本将固定在甲醛中。 考虑到固定引起的肿瘤缩小，切除标本将被放置在装有琼脂糖溶液的纸板箱中，并使用带有 T1w/T2 图像的 MRI 进行扫描。 由此将通过比较描绘的 T1 和 T2 加权图像来计算收缩因子。

固定后，将肿瘤切成约 5mm 厚的大切片。 在每个宏观切片上，将描绘肿瘤体积。 使用此，将考虑先前确定的收缩因子来确定病理肿瘤体积。 该病理体积将与成像模式上描绘的肿瘤体积进行比较。 在不同的术前功能成像模式下，4 名独立的观察员将描绘 GTV。 将比较不同的体积，并在 3D 标本重建和配准后计算重叠。

从功能成像中获得的 GTV 将与切除标本的病理肿瘤体积相关联。 这些信息将使我们更深入地了解所研究的功能成像技术在确定肿瘤体积方面的真正力量。 这对于评估功能成像模式在未来治疗计划中的作用很重要。

在放射科医师根据成像方式选择的三个级别上，将采用 4µm 厚的切片。 在每个水平上将进行免疫组织化学染色（将进行 GLUT-1、CA-IX、HIF-1α、VEGF 和 KI 67 染色）。

IHC 将根据使用视野分析的半定量评分系统进行评分，其中每个视野将根据免疫染色的大致面积（0:0%、1:1-5%、2:5- 15%, 3: 15-30% 和 4: >30%。