MRI定量特征评估胶质瘤分级、预后及抗血管治疗反应的影像学策略-论文-万方医学网

MRI定量特征评估胶质瘤分级、预后及抗血管治疗反应的影像学策略

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摘要目的： 　　胶质瘤是最常见的成人颅内原发上皮性肿瘤之一，总数约占中枢神经系统原发肿瘤的70％以上。近年来，胶质瘤的发病率呈现明显上升趋势。依据美国肿瘤注册中心(Central Brain Tumor Registry of the United States,CBTRUS)统计数据显示，2008~2012年间，每年约5.26/100000成年人被确诊为胶质瘤。 　　影像组学（Radiomics）通过采集包括CT、MRI及PET等图像信息，分析病灶区域相应的图像特征，进而利用影像学大数据对肿瘤的整体情况进行细致的描述。肿瘤影像数据库(The Cancer Imaging Archive,TCIA)设计的基于图像视觉特征的定量语义VASARI(Visually AcceSAble Rembrandt Images)特征集，定义了一批较为可靠的描述性图像特征。研究表明，VASARI特征不仅能够用于胶质瘤形态学的描述，在预测肿瘤特征性分子表达、分子亚型以及预后等方面也有潜在价值。Lee等分析86例间变性星形细胞瘤术前MRI图像，提取出8种与患者总体生存时间(Overall survival,OS)和(Progression-free survival,PFS)相关的VASARI特征，建立一种用于预测患者预后的影像危险评分(Radiological risk score,RRS)。而VASARI在判断GBM复发类型、评估药物疗效反应等领域需要进一步的评价。 　　基于此，本研究的目的在于应用常规MRI技术，拟在术前对胶质瘤进行多方面的临床诊断信息进行评价：①通过提取并定量胶质瘤“语义特征”及“不可知特征”，分析、筛选出较为稳定的、可重复性较高的影像特征；②联合患者临床基线资料、术后病理分级等信息，对胶质瘤患者的术前病理分级进行影像学分析；③依据影像特点归纳GBM复发的不同类型，随访患者无进展生存时间，进而利用定量影像手段对GBM的预后进行评估；④探讨STAT3与GBM血管生成的相关性，明确STAT3在GBM抗血管治疗中的潜在价值，并随之采取定量影像特征对STAT3表达进行术前预测，从而对GBM抗血管生成反应提前预测。通过以上四个方面的研究，期望对胶质瘤分级、预后和抗血管治疗反应等提供有价值的影像学评估依据。 　　方法： 　　遵循以上研究目的，本研究内容由“胶质瘤MRI定量特征提取及其稳定性检验”、“基于VASARI定量特征胶质瘤术前分级的实验研究”、“基于VASARI定量特征胶质母细胞瘤复发模式及不良预后的回顾性研究”及“胶质母细胞瘤STAT3表达与肿瘤血管生成及预后的影像学评价”等四个部分组成。 　　第一部分 　　1.研究对象：回顾性收集153例于2014年6月~2016年9月在中国人民解放军陆军特色医学中心经组织病理学确诊为胶质瘤患者的术前MRI数据。 　　2.采集胶质瘤患者术前MRI数据：使用3.0T磁共振成像仪采集153例胶质瘤患者术前MRI数据，扫描序列包括T1W、T2W、FLAIR、DWI及T1W增强等。 　　3.定量影像学特征的提取： 　　3.1由3位有5年以上工作经验的放射科医师独立提取定量VASARI语义特征。 　　3.2由3位具有5年及以上工作经验的放射科医师独立分割胶质瘤“强化”、“坏死”、“水肿”及“瘤体”等四个肿瘤区域，利用IBEX工具包提取“Intensity”、“Texture”、“Shape”等定量影像学特征。 　　第二部分 　　1.研究对象：回顾性收集153例于2014年6月~2016年9月在中国人民解放军陆军特色医学中心经组织病理学确诊为胶质瘤患者的术前MRI及临床数据。 　　2.采集患者术前MRI数据：使用3.0T磁共振成像仪采集153例胶质瘤患者术前MRI数据，扫描序列包括T1W、T2W、FLAIR、DWI及T1W增强等。 　　3.定量影像学特征的提取：由3位有5年以上工作经验的放射科医师独立提取定量VASARI语义特征。 　　4.统计分析：定量特征的稳定性采用Cohen Kappa分析，认定κ值大于或等于0.5者为稳定性较高，剔除κ值小于0.5者。以Kruskal-Wallis H检验筛选不同级别胶质瘤间有统计学差异的定量特征。以Binary logistic回归验证有统计学差异的定量特征，并用于胶质瘤分级诊断的效能检验。 　　第三部分 　　1.研究对象：回顾性收集65例于2014年6月~2016年9月在中国人民解放军陆军特色医学中心经诊断为复发GBM患者的术前MRI及临床数据。 　　2.采集复发GBM患者术前MRI数据：使用3.0T磁共振成像仪采集患者术前MRI数据，扫描序列包括T1W、T2W、FLAIR、DWI及T1W增强等。 　　3.定量影像学特征的提取：由3位有5年以上工作经验的放射科医师独立提取定量VASARI语义特征。 　　4.随访及复发模式的分析：随访记录患者PFS，依据术后T1W增强图像新发病灶位置，将复发类型分为“局部复发”和“远处复发”等两种。 　　第四部分 　　1.研究对象及患者随访：回顾性收集27例于2014年6月~2016年9月在中国人民解放军陆军特色医学中心经组织病理学确诊为GBM术前MRI及临床数据，随访记录患者OS。 　　2.采集患者术前MRI数据：使用3.0T磁共振成像仪采集27例GBM术前MRI数据，扫描序列包括T1W、T2W、FLAIR、DWI及T1W增强等。 　　3.定量影像学特征的提取：由3位有5年以上工作经验的放射科医师独立提取定量VASARI语义特征。 　　4.GBM病理组织学检测：IHC检测微血管MVA、VSI、Sprout、IMG及STAT3定量。 　　结果： 　　第一部分 　　1.VASARI特征集稳定性 　　1.1依据VASARI特征集共计提取30个定量影像学特征。 　　1.2所有30个特征稳定性均有较好的稳定性，稳定性最低者为F21，稳定性最高者为F29。 　　2.基于灰度定量影像学特征稳定性 　　2.1依据灰度特征集共提取3个特征集、每个特征集401个定量影像学特征，稳定性大部分可定义为“中等”及以上。 　　2.2不同MRI成像仪间稳定性为“中等”；三个特征集中“Shape”特征集的稳定性相对较差；四个ROI中“水肿”区的数据稳定性相对较低。 　　第二部分 　　1.脑功能区受累情况（F3）、强化程度（F4）、强化百分比（F5）、无强化百分比（F6）、坏死百分比（F7）、强化区域边界情况（F11、F12）、弥散（F17）、室管膜侵犯（F19）、无强化区域跨越脑中线情况（F22）等10个定量特征在不同级别胶质瘤中有明显差异（P＜0.001）。 　　2.脑功能区受累情况（F3）在鉴别高级别与低级别胶质瘤以及WHOⅡ级与Ⅲ级胶质瘤之间有较大价值。 　　3.无强化区域跨越脑中线情况（F22）对预测Ⅳ级胶质瘤有较大诊断价值。 　　第三部分 　　1.65例复发GBM中局部复发49例，远处复发16例。 　　2.非增强边缘（F13）、皮质受累（F20）和深部脑白质侵犯（F21）等三种VASARI特征在两组复发类型患者中有显著差异。 　　3.不规则非增强边缘（F13）是不良PFS的重要预测因子。 　　第四部分 　　1.STAT3在GBM组织中的表达有显著差异性，而MVA和IMG与STAT3表达有显著正相关。 　　2.单因素分析显示，IMG、MVA和STAT3均与GBM预后有显著相关性，多因素Cox分析揭示STAT3高表达是预测GBM不良预后的独立因子。 　　3.坏死百分比（F7）、非增强边缘（F13）和皮质受累（F20）等三种VASARI特征在不同STAT3表达患者间有差异。 　　结论： 　　1.基于常规磁共振成像技术提取的定量影像特征包括VASAR语义特征和基于灰度分布的定量特征，二者均有较好稳定性。 　　2.VASARI定量语义特征在术前鉴别高、低级别，WHOⅡ级和Ⅲ级以及WHOⅢ和Ⅳ胶质瘤等方面有一定价值。 　　3.GBM的复发通过局部和远处两种方式实现，VASARI定量语义特征能够鉴别二者，同时VASARI特征也与复发GBM不良预后有一定相关性。 　　4.GBM组织中STAT3表达有差异，并且可能通过参与肿瘤血管生成影响患者预后，VASARI特征对术前预测STAT3表达有价值。 　　5.基于常规磁共振成像技术的定量VASARI特征对胶质瘤术前分级、预后评估及疗效检测等均有一定的价值，有望在胶质瘤临床事件的决策过程中提供更多有价值的信息。