基于磁共振弥散加权和动态对比增强成像的定量影像生物标志在早期评估原发性肝癌靶向治疗反应中的研究

Introduction of molecular targeted therapy is the milestone for Primary liver cancer (PLC) treatment. Imaging biomarkers derived from magnetic resonance diffusion-weighted imaging (DWI) and dynamic contrast-enhanced (DCE) imaging could potentially accurately assess the early response to targeted therapy in PLC. However, there is no consensus on the imaging biomarkers to assess the response to therapy because of huge inter- and intra-individual variations of these parameters. The motion during the imaging acquisition is the leading cause. In this project, we would like to: (1) develop intermittent breath-hold navigator DWI and DCE techniques (IBHN-DWI and IBHN-DCE), (2) evaluate the feasibility of IBHN-DWI and IBHN-DCE techniques in ex vivo liver motion model and in vivo rabbit VX2 liver tumor model, (3) perform motion correction by imaging registration after reconstruction of the raw data of DWI and DCE acquired by traditional DWI and DCE acquisition sequences, (4) assess the early response to molecular targeted therapy in rabbit VX2 liver tumor models and PLC patients using different imaging biomarkers with the overall survival time as the endpoint. This project intends to: (1) develop a new strategy to minimize the inter- and intra-variability and derive more robust and reproductive results by prospectively correcting the motion during DWI and DCE acquisition; and (2) explore robust imaging biomarkers to early assess the response to targeted therapy in PLC in order to quantitatively evaluate the early response to molecular targeted therapy in PLC.

分子靶向治疗是原发性肝癌（PLC）治疗的新里程碑。基于磁共振弥散加权成像（DWI）和动态对比增强成像（DCE）的影像生物标志具早期、准确评估肿瘤分子靶向治疗反应的潜能，但无统一标准。原因在于多种因素导致个体内及个体间的影像生物标志值差异巨大；其中数据采集过程中的运动伪影是最主要的因素。本研究拟：(1)开发间歇屏气导航DWI和DCE采集技术；（2）建立体外肝运动模型和兔VX2肝肿瘤模型验证间歇屏气导航DWI和DCE技术可行性；（3）重建传统方法采集的原始数据后行图像配准校正运动伪影；（4）以总生存时间作为终点指标评价疗效，运用影像生物标志对兔肝VX2肿瘤模型及人PLC靶向治疗反应进行评估。本研究结果将:(1)开发一种显著减低影像生物标志个体间及个体内变异度的稳定性高和可重复性好的DWI和DCE技术；(2)筛选能早期反映肿瘤治疗反应的影像生物标志，从而早期、定量评估PLC的靶向治疗反应。

针对原发性肝癌（PLC）靶向治疗缺乏早期疗效预测影像生物标志的难题，本项目基于磁共振弥散加权成像（DWI）和动态对比增强成像（DCE）技术研发影像生物标志早期预测肿瘤靶向治疗反应，开展了肝脏靶向治疗的相关DWI和DCE的规范化、标准化研究及疗效预测研究。包括：(1) 系统研究了肝脏DWI数据采集呼吸补偿技术的对比研究，结果表明自由呼吸DWI采集技术在肝脏DWI采集中具有实用的价值；（2）开发了DWI和DCE采集运动校正新方法；（3）研究发现多模型DWI技术，D、ADC作为影像生物标志可以在治疗后1小时检测HCC靶向治疗反应；（4）利用本项目的技术和方法，成功将DWI和DCE技术运用于乳腺癌、鼻咽癌等的研究。基于DWI和DCE研究，发表课题相关文章15篇，其中SCI文章12篇，合计影响因子42.0分，包括影像领域顶级期刊《Radiology》1篇（影响因子：6.798）；国家发明专利和实用新型专利授权各1项，申请国家计算机软件著作权登记2项。研究结果为临床DWI采集提供了标准方法，探讨HCC靶向治疗疗效反应评估的超早期影像生物标志，有望为HCC靶向治疗评估提供评价工具。DWI和DCE技术在其他疾病的应用，证明了功能成像MRI技术在疾病诊断和评估方面的应用价值。. 同时，在本项目的资助下，项目组借助现代图像信息处理技术，开发影像组学工具，充分挖掘蕴含于肿瘤图像中的高维图像特征，用于肿瘤的定性、分级分期、疗效评价和预后预测，有较高的临床应用价值和科研意义。项目组发表SCI文章6篇，其中临床肿瘤学领域顶级期刊《JCO》（影响因子：20.982）和影像学领域《Radiology》各1篇，合计影响因子43.6分。在结直肠癌的影像组学方面，从术前常规CT图像中提取影像组学特征，结合临床和常规影像信息构建个体化的预测模型，将常规CT诊断淋巴结转移准确率提高近25%，为结直肠癌患者淋巴结转移个体化精准预测提供辅助工具。在肺癌研究方面，针对早期（I/II期）非小细胞肺癌（NSCLC）术后复发难以早期预测的难题，基于CT影像组学建立了个性化预测模型，预测术后1、2、3年无疾病生存概率。对临床有重要的指导价值。除此之外，还在胃癌淋巴脉管侵犯和肾癌的鉴别诊断方面做了探讨和深入研究。本团队在影像组学方面的工作，为肿瘤异质性评估提供了新的思路和方法，实现肿瘤精准医疗，培养研究生3名。