多模MRI影像组学定量评价鼻咽癌乏氧微环境及改善乏氧分子机制研究

Hypoxic microenvironment is the intrinsic characteristics of nasopharyngeal neoplasm, providing necessary elements for tumor cells proliferation. Our project firstly applied functional MR imaging radiomics as a study method to systemically analyze the microcosmic mechanism of perfusion hypoxia and diffusion hypoxia in nasopharyngeal carcinoma (NPC) cells. To construct a hypoxia radiomics study model, we can extract a large amount of hypoxia, diffusion and perfusion related features, combined with quantitative imaging parameters (D, D*, f, R2*) on BOLD MRI and IVIM DWI and integrate the protein biomarkers (HIF-1α、VEGF、HIF-1αmRNA). This model is able to intuitively and quantitatively describe the physiological and pathological changes of hypoxia microenvironment before and after drug induced NPC radiosensitivity and to clarify the molecular mechanism of improving oxygenation to promote radiosensitization of NPC cells. In the radiomics model, imaging data and protein biomarkers were calibrated and corrected repeately to build up a visualized hypoxia microenvironmental molecular radiomics system for clinical evaluation. This achievement will eventually contribute to a brand new molecular radiomicsevaluation system of hypoxic microenvironment and encourage precise radiotherapy for patients with radio-resistance NPC.

乏氧微环境是肿瘤细胞的基本特征及增殖条件。本项目首次以MRI影像组学为研究方法，分类解析鼻咽癌细胞灌注缺氧和弥散缺氧的微观体系。基于BOLD MRI及IVIM DWI的影像数据可高通量分别提取乏氧、弥散及灌注相关纹理特征，融合定量功能影像参数D值、D*值、f值、R2*值与蛋白基因指标HIF-1α、VEGF、HIF-1αmRNA，构建乏氧微环境影像组学研究模型。该模型可直观、定量地描述鼻咽癌药物增敏前后乏氧微环境改变的病理及生理特征，阐明以改善乏氧为目的的靶向放疗增敏分子机制；在影像组学模型框架内，对融合的各定量功能影像生物指标进行反复校验修正，构建出适用于临床观察的乏氧微环境分子影像组学可视化评估体系。项目为肿瘤乏氧微环境研究提供了新的视角，有望为解决鼻咽癌放疗抗性难题提供新的精准医学诊疗策略。

鼻咽癌是我国常见的头颈部肿瘤，以广东省发病率最高。目前局部晚期鼻咽癌患者有20-30%在治疗后会出现复发转移，成为治疗失败的主要原因。本项目从“技术创新-智能诊疗-创新应用”三个层次进行研究，阐述了“肿瘤治疗抵抗影像特征定量、乏氧微环境可视化、人工智能精准诊断”的实施方法及其临床意义，攻克鼻咽癌“精准诊断、疗效评估、预后预测”诊疗全链条环节的技术难题，主要成果：①基于影像组学技术实现鼻咽癌治疗抵抗定量评估及精准预测；②基于分子影像技术实现乏氧鼻咽癌治疗抵抗在体精准评估；③构建全链条的鼻咽癌智能诊疗模型；④将研究技术拓展应用于其他头颈部肿瘤，提升头颈部肿瘤诊疗均质化水平。相关研究被CSCO和ASCO鼻咽癌联合国际指南引用，4项研究被国际指南及专家共识引用，达成7项头颈部影像国内专家共识，推动了我国鼻咽癌乃至头颈肿瘤诊疗技术进步。. 该项目目前取得的成果包括以第一作者及通讯作者在中华放射学杂志发表学术论文3篇，SCI收录论文36余篇，第一/通讯作者36篇（JCR Q1区24篇），其中代表性研究论文在JAMA Netw Open（IF= 13.353）、EbioMedicine（IF=11.205）、Eur J Nucl Med Mol Imaging （IF=10.057）等杂志发表。授权2项发明专利、10项实用新型专利和18项软件著作。基于对该领域的卓越贡献，该项目第一完成人荣获2019年中华医学会放射学分会“杰出青年奖”及首届广东省杰出青年医学人才称号、2021年“广东省科技进步奖一等奖”、2021年“广东医学科技奖二等奖”。