Радиомический анализ для объективизации диагностики и комплексного лечения глиобластомы

ВВЕДЕНИЕ

Глиобластома является нейроэпителиальной злокачественной опухолью головного мозга преимущественно астроцитарного, реже олигодендроглиального происхождения с агрессивным течением и крайне неблагоприятным прогнозом [1–3]. По данным Американского регистра опухолей нервной системы CBTRUS, частота встречаемости глиобластом составляет 14,7 % среди всех опухолей центральной нервной системы и 47,7 % среди всех злокачественных опухолей головного мозга [4]. Медиана общей выживаемости при глиобластоме составляет 14,6 месяца после стандартного лечения, включающего комбинацию хирургического лечения, лучевой терапии и химиотерапии [1][3][4]. Различные молекулярно-генетические характеристики глиобластомы у отдельных пациентов, а также внутриопухолевая гетерогенность объясняют сравнительно небольшую эффективность стандартных методов лечения [5–11], что создает проблему в оказании качественной онкологической помощи и диктует необходимость разработки персонализированного подхода в диагностике и лечении глиобластом [3][4][11–14].

Магнитно-резонансная томография (МРТ) с контрастным усилением является «золотым стандартом» диагностики глиобластом [4][7][12–16]. Из-за повышенной проницаемости сосудов незрелой опухоли происходит экстраваскулярное накопление контрастного вещества с укорочением времени Т1 и усилением сигнала на Т1-взвешенных изображениях [2][3][14][17]. Характерно, что на МРТ глиобластомы проявляются в виде образования с нечеткими контурами, неоднородной структуры, с зонами неравномерного накопления контрастного вещества, окружающими гипоинтенсивный на Т1-взвешенных изображениях некротический центр опухоли [2–4][13][14][17]. Появление некроза, отличительного признака глиобластомы, связано как с наличием тромбированных сосудов, так и с высокой скоростью пролиферации опухолевых клеток, что приводит к несоответствию между ускоренным потреблением кислорода и дефицитом кровоснабжения [7–11][13][15–17]. Также отмечается перифокальный вазогенный отек, признаки включения гемосидерина (кровоизлияния в структуре опухоли), масс-эффект (деформация или смещение соседних структур). Эти характеристики МР-визуализации отражают особенности строения самой опухоли, а также ее микроокружение [4][5][8][16–18].

Поскольку МР-изображения отражают структурные изменения в опухоли, неразрывно связанные с нарушением метаболизма нормальных тканей, их количественная оценка и разработка информативных параметров МР-изображений могут повысить точность определения внутриопухолевой гетерогенности и помочь в изучении патофизиологических и молекулярно-генетических механизмов конкретной опухоли, установить связь с тем или иным клиническим исходом [5, 13–19].

Радиомика — это многоэтапный процесс, включающий получение и предварительную обработку изображений, сегментацию, извлечение и выбор признаков, а также расширенную статистику с использованием алгоритмов машинного обучения [5–12, 17–20]. Существует множество методов описания и анализа признаков объектов на радиомических изображениях: анализ геометрических характеристик объектов, анализ характерных особенностей локальных перепадов яркостей, анализ статистических характеристик текстур и др. В результате из одного изображения извлекается до сотен признаков. Наконец, выделенные информативные признаки вместе с клиническими исходами используются как исходные данные для построения классификационных или прогностических моделей [5, 8, 10, 17–19].

Цель: исследование возможности объективного численного контроля динамики патологического процесса и контроля эффективности комплексного лечения глиобластомы у конкретного пациента по информативным параметрам МРТ-изображений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Использовались клинические данные пациента, проходившего химиолучевое лечение по поводу глиобластомы G4 в радиотерапевтическом отделении БУЗ ВО ВОКОД в 2021 г. Представленные МРТ-исследования выполнялись в отделении лучевой диагностики БУЗ ВО «ВОКОД» на аппаратах: магнитно-резонансный томограф Philips Ingenia 1.5T и Philips Ingeniа Аmbition 1,5 Т. Анализ МРТ-изображений осуществлен на базе МГТУ им. Н. Э. Баумана с использованием пакета прикладных программ Matlab 2021.

Пациент С., 1986 г. р., с диагнозом: глиобластома G4 правой лобной доли. Гистологическое заключение № 22854 от 20.09.2021: Глиобластома G4.

МРТ от 12.09.2021 (до оперативного лечения) (рис. 1):

В правой лобной доле определяется крупное кистозно-солидное образование с выраженным масс-эффектом, распространяющимся до височной доли. Общими размерами 8,7×6,7×7,8 см. Образование компремирует желудочковую систему головного мозга, задний рог левого бокового желудочка расширен. Определяется дислокация срединных структур влево на 1,7 см. Мозолистое тело несколько оттеснено кзади, компремировано в области колена. Средний мозг тоже несколько компремирован. Борозды сужены в правом полушарии головного мозга. Заключение: признаки объемного образования правой лобной доли (более вероятно, олигодендроглиома).

Находился на лечении в отделении «Нейрохирургическое» ВОКБ № 1 с 13.09.2021 по 29.09.2021 с диагнозом: объемное внутримозговое кистозно-солидное образование правой лобной доли. Отек, дислокация структур головного мозга. 15.09.2021 оперативное лечение: микрохирургическое удаление внутримозгового объемного образования правой лобной области с интраоперационным УЗ-сканированием.

В раннем послеоперационном периоде при выполнении контрольной КТ головного мозга выявлена острая эпидуральная гематома справа. В экстренном порядке выполнена операция 16.09.2021 — удаление острой эпидуральной гематомы справа.

ГД № 22854 от 20.09.2021: глиобластома G4.

МРТ от 20.10.2021 (после оперативного лечения) (рис. 2):

В правой лобной доле с распространением на левую лобную долю определяется послеоперационная полость с отложениями гемосидерина размерами 51×49×28 мм. Стенки п/о полости неравномерно накапливают контрастное вещетво. Вокруг зона перифокального отека на участке размерами 53×68×40 мм. Парасагиттально по заднему и нижнему контурам п/о полости в правой лобной доле зона измененного МР-сигнала по FLAIR размерами 17×36×33 мм, оттесняющая левую лобную долю.

Заключение: глиобластома G4, состояние после оперативного лечения. МР-картина остаточной опухоли.

В радиотерапевтическом отделении проведено химиолучевое лечение с 01.11.2021 по 17.12.2021 (рис. 3): курс дистанционной IMRT лучевой терапии на остаточную ткань опухоли правой лобной доли на линейном ускорителе Varian Halcyon. РОД 1.8 Гр. СОД 59.4 Гр. Нагрузка на критические структуры в пределах допустимой толерантности в соответствии с Quanteq. Объемная визуализация мишени выполнена в системе MB CVCT. Лекарственная терапия: Caps. Temozolomidi 140 mg/сут. внутрь в дни проведения ДЛТ, суммарно 4620 мг за весь период лечения; Sol. Dexamethazoni 12 mg в/м ежедневно.

МРТ от 21.01.2022 (после комплексного лечения) (рис. 4):

В ранее определяемой локализации в правой лобной доле с распространением на левую лобную долю определяется п/о полость с отложениями гемосидерина размерами 48×45 мм (ранее 52×52 мм). Отмечается менее выраженное гетерогенное накопление КВ. Вокруг сохраняется зона перифокальных изменений на участке 59×54 мм (ранее 62×51 мм). Парасагиттально по заднему и нижнему контурам п/о полости в правой лобной доле сохраняется зона измененного МР-сигнала по FLAIR размерами 24×11 мм (ранее 26×17 мм), оттесняющая левую лобную долю.

Заключение: состояние после оперативного лечения, химиолучевого лечения. МР-картина остаточной опухоли в правой лобной доле, в сравнении с исследованием от 20.10.2021 — небольшое уменьшение размеров всех ранее определяемых изменений.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В качестве начального этапа исследований проанализированы МРТ-изображения пациента С., зарегистрированные в режиме T2 до проведения хирургического вмешательства, после хирургического вмешательства и после проведенного курса лечения.

В качестве информативных признаков очагов поражения на изображениях проанализированы статистические характеристики локального распределения яркости изображения очага поражения, которые описываются статистическими текстурными параметрами [20]:

• среднее значение интенсивности по области (далее — среднее значение);
• стандартное отклонение интенсивности по области (далее — стандартное отклонение);
• гладкость текстуры;
• третий момент, характеризующий асимметрию гистограммы интенсивности;
• энтропия [20].

На рисунке 5 представлены примеры проанализированных изображений. Красным цветом выделены пораженные участки, синим — переходные области, зеленым — участки здоровой ткани. На рисунке 6 текстурные параметры очагов поражения проанализированных МРТ изображений представлены в виде гистограмм.

Результаты расчета текстурных параметров представлены в таблицах 1–3.

ОБСУЖДЕНИЕ

Высокая частота рецидивов, неврологические осложнения, невозможность радикального хирургического лечения в отдельных случаях, отсутствие учета взаимосвязи различных структурных и молекулярно-генетических характеристик опухоли с течением заболевания объясняют сравнительно небольшую эффективность существующих методов лечения [1, 3, 4, 16], что определяет необходимость разработки персонализированного подхода к выбору тактики лечения глиобластом и прочих глиом высокой степени злокачественности.

Текстура опухоли является основным радиологическим признаком, используемым исследователями для фенотипирования глиобластомы [7, 8, 13]. Данные, полученные при МРТ головного мозга со стандартным набором импульсных последовательностей, такие как размер опухоли, локализация, характер контрастного усиления, связаны также с различными гистологическими подтипами глиобластомы [12–17, 19]. Поскольку МР-изображения отражают структурные изменения в опухоли, анализ текстурных характеристик опухолевого очага с помощью радиомического анализа может послужить основой для последующей стратификации глиобластом в соответствии с клинико-морфологическими особенностями и установить взаимосвязь с тем или иным молекулярно-генетическим подтипом и клиническим исходом [5, 8, 14–19].

Включение радиомических характеристик в прогностические модели ответа на лечение создает потенциал для прогнозирования выживаемости, дифференциальной диагностики глиобластом и других внутричерепных образований, определения степени дифференцировки опухоли глиального ряда, прогнозирования ответа на химиолучевое лечение [7, 8–11, 19].

В результате анализа значений текстурных параметров в ходе проведенной работы установлена статистическая значимость различий стандартного отклонения, гладкости и третьего момента интенсивности переходных областей пораженных и здоровых участков тканей на T2-взвешенных МРТ-изображениях, зарегистрированных до оперативного лечения, после оперативного лечения и после полного курса химиолучевого лечения. Таким образом, в результате анализа клинического случая получено первичное подтверждение возможности объективизации процесса диагностики и лечения по указанным статистическим параметрам Т2 МРТ-изображений очагов поражения, что является инициальным этапом исследования радиомики глиобластом, проводимого авторами. Дальнейшее наблюдение за пациентами с данным диагнозом и последующий радиомический анализ МР-изображений, объединение данных молекулярно-генетических исследований, данных неврологического осмотра с радиомическими характеристиками опухоли на всех этапах лечения и контроля эффективности лечебных мероприятий будут использованы для создания прогностических моделей ответа на терапию, что в конечном счете позволит сформировать персонализированный подход к выбору тактики лечения глиом высокой степени злокачественности и в частности глиобластом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью дальнейших исследований в данном направлении является применение радиомического анализа для планирования, мониторинга лечения глиобластомы, для прогнозировании различных исходов заболевания, а также предиктивного анализа ответа на комплексное лечение, что поможет открыть для исследователей перспективы применения радиомики для развития прецизионной (персонифицированной) онкологической помощи при глиомах высокой степени злокачественности.

Информированное согласие. Информированное согласие пациента на публикацию своих данных получено.

Statement of informed consent. Written informed consent was obtained from the patient for publication of this case report and accompanying materials.

Информация о конфликте интересов. Конфликт интересов отсутствует.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Информация о спонсорстве. Данная работа не финансировалась.

Sponsorship data. This work is not funded.