ya.A. dayneko, t.p. berezovskaya, A.A. neolskikh, z.n. shavladze
A.F. Tsyb Medical Radiological Research Center – Branch of Federal State Budget Institution
«National Medical Research Radiological Center» Ministry of Public Health of the Russian Federation.
Russian Federation, Obninsk, Russia Abstract
Neoadjuvant chemotherapy has been proven to improve local control of rectal cancer compared to surgery alone. Complete response to neoadjuvant chemotherapy in patients with rectal cancer has a prognostic value and allows further surgical treatment to be individualized. There are reports that the texture analysis in MRI can significantly increase the accuracy in assessing the tumor response after neoadjuvant chemotherapy.
key words: magnetic resonance imaging; rectal cancer; texture analysis; response assessment; radiomics.
актуальность. колоректальный рак является одним из наиболее распространенных зло- качественных новообразований как во всем мире, так и в россии [1]. стандартом лечения для больных раком прямой кишки (рПк) категории высокого риска местного рецидивирования является комбинированное лечение с неоадъювантной химиолучевой терапией (нХлТ), так как достоверно доказано, что оно способствует улучшению местного контроля над опухолью по сравнению с использованием только хирургического метода [2–4].
лечебный эффект, достигнутый в результате нХлТ, имеет прогностическое значение и позволяет индивидуально планировать вид и объем дальнейшего хирургического лечения [5], вплоть до полного отказа от него в пользу тактики активного динамического наблюдения [6]. существуют различные способы мрТ-оценки ответа опухоли, включающие критерии RECIST, динамику объема опухоли в результате лечения, а также определение степени ре- грессии опухоли (mrTRG) и изменение диффузионных характеристик. однако, как показали многочисленные исследования, ни один из перечисленных методов не обеспечивает доста- точной надежности результатов, в связи с чем проблема совершенствования мрТ-оценки эффективности нХлТ сохраняет свою актуальность.
в последнее десятилетие растет интерес к высокотехнологичному анализу медицинских изображений с получением количественной информации, обозначаемому в англоязычной литературе как «radiomics» (радиомика) [7, 8]. радиомический анализ позволяет описать
структурную гетерогенность опухолевой ткани с помощью количественных показателей, полученных в результате компьютерной обработки медицинских изображений.
интерес к этому виду анализа обусловлен заинтересованностью клиницистов в не- инвазивной оценке опухолевой гетерогенности, которая, как известно, является важным фактором прогноза. Текстурная гетерогенность опухолевой ткани обусловлена клеточно- стью, ангиогенезом и наличием некроза, она хорошо коррелирует с результатами оценок на гистопатологическом, протеомном и генетическом уровнях [8, 9].
Поэтому сейчас возможность использования параметров текстуры опухоли в качестве биомаркеров активно изучается как на этапе планирования ХлТ, так и на этапе оценки ее эффективности.
Цель – изучить изменения текстуры (Т2-ви) высокого разрешения мрТ изображения рака прямой кишки под действием неоадъювантной химиолучевой терапии (нХлТ).
А Б
В Г
Рис.1. МРТ малого таза, опухоль по левой полуокружности прямой кишки с экстрамуральным распространением, T2-ВИ, косо-аксиальный срез: а) исходное изображение до НХЛТ; б) изображение после сегментации, белым цветом выделена область для автоматического расчета параметров текстуры, до НХЛТ; в) изображение после НХЛТ, mrTRG2, патоморфоз 3-й степени; г) изображение после сегментации, белым цветом выделена область
для автоматического расчета параметров текстуры, после НХЛТ
А Б
В Г
Рис.2. МРТ малого таза, опухоль по левой полуокружности прямой кишки с экстрамуральным распространением, T2-ВИ, косо-аксиальный срез: а) исходное изображение до НХЛТ; б) изображение после сегментации, белым цветом выделена область для автоматического расчета параметров текстуры, до НХЛТ; в) изображение после НХЛТ mrTRG2, патоморфоз 2-й степени; г) изображение после сегментации, белым цветом выделена область
для автоматического расчета параметров текстуры, после НХЛТ
материал и методы. в исследование включены результаты текстурного анализа Т2-ви 42 пациентов с прогностически неблагоприятным раком прямой кишки, которым в клинике мрнц им. а.Ф. цыба – филиал ФгБу «нмиц радиологии» минздрава россии в период с 2012 по 2017 г. было проведено комбинированное лечение с использованием пролонги- рованной нХлТ. интервал между ХлТ и операцией составил 6–10 нед. мрТ выполнялась всем больным до начала лечения и перед операцией (интервал нХлТ-мрТ).
результаты. По результатам гистологического исследования 42 операционных пре- паратов патоморфоз 1-й степени установлен в 3 случаях; 2-й степени – в 17 случаях; 3-й степени – в 14 случаях; 4-й степени – в 8 случаях. к группе ответивших на нХлТ были отнесены опухоли с патоморфозом тетьей и четвертой степеней, а к группе неответивших – соответственно первой и второй.
в изучаемой выборке было исследовано изменение параметров текстуры опухоли под действием нХлТ. результаты текстурного анализа у обследованных пациентов приведены в таблице.
таблица
уровень значимости различий для изменения параметров текстуры опухоли под действием нхлт в группах ответивших и не ответивших
группа ответа
Показатели текстурного анализа
angscmom contrast correlat sumogSqs invDFMom SumAverg Sumvarnc SumEntrp Entropy Difvarnc DifEntrp
ответившие
0,001731* 0,042449* 0,004501* 0,177877 0,024049* 0,236020 0,001103* 0,115353 0,000428* 0,028421* 0,005507*
не ответившие
0,004064* 0,569934 0,389602 0,592178 0,708885 0,188558 0,371962 0,371962 0,000779* 0,389602 0,684875
Примечение: * – уровни значимости, соответствующие достоверным различиям.
в группе опухолей со слабым ответом (рис. 2) изменения текстуры коснулись только двух параметров: AngScMom (р=0,004), Entropy (р=0,0008), тогда как в группе с хорошим ответом на лечение (рис. 1), помимо этих двух, достоверно изменилось значение еще 6 из 11 вычисляемых параметров: AngScMom (p=0,0017), Contrast (p=0,042), Correlat (p=0,0045), InvDfMom (p=0,024), Sumvarnc (p=0,0011), Entropy (p=0,0004), Difvarnc (р=0,0284) и DifEn- trp (p=0,0055). Таким образом, изменения текстуры опухоли под действием лечения по этим шести дополнительным параметрам можно считать свидетельством хорошего ответа опухоли.
выводы. Текстурный анализ Т2-ви, выполненный с помощью компьютерной программы Mazda ver.4.6. на основе GLCM матрицы, позволяет выявить изменения, происходящие в текстуре карциномы прямой кишки под действием нХлТ. в группе опухолей, ответивших на лечение, статистически значимо изменялось, по сравнению с исходным, значительно большее число параметров – 8 из 11 (AngScMom, Contrast, Correlat, InvDfMom, Sumvarnc, Difvarnc, Entropy и DifEntrp), тогда как в группе опухолей со слабым ответом изменения коснулись только двух параметров (AngScMom, Entropy). Таким образом, мы считаем пер- спективным продолжение исследований по применению текстурного анализа у больных, получающих комбинированное лечение по поводу рака прямой кишки, с Целью определения диагностических критериев эффективности нХлТ.
лиТераТура
1. Каприн А.Д., Старинский В.В., Петрова Г.В. состояние онкологической помощи населению россии в 2017 году. м.:
мниои им. П.а. герцена – филиал ФгБу «нмирц» минздрава россии, 2018. 250.
2. Sauer R., Liersch T., Merkel S., Fietkau R., Hohenberger W., Hess C., Wittekind C. Preoperative versus Postoperative Chemo- radiotherapy for Rectal Cancer. New England Journal of Medicine. 2004; 351: 1731–40. doi: 10.1056/NEJMoa040694.
3. Bosset J.F., Collette L., Calais G., Mineur L., Maingon P., Radosevic-Jelic L., Ollier J.C. Chemotherapy with Preoperative Radiotherapy in Rectal Cancer. New England Journal of Medicine. 2006; 355:1114–23. doi: 10.1056/NEJMoa060829.
4. van Gijn W., Marijnen C.A., Nagtegaal I.D., Kranenbarg E.M., Putter H., Wiggers T., Rutten H.J., Påhlman L., Glimelius B., van de Velde C.J.; Dutch Colorectal Cancer Group. Preoperative radiotherapy combined with total mesorectal excision for resectable rectal cancer: 12-year follow-up of the multicentre, randomized controlled TME trial. The Lancet Oncol. 2011 Jun; 12(6): 575–82.
doi: 10.1016/S1470-2045(11)70097-3.
5. MacGregor T.P., Maughan T.S., Sharma R.A. Pathological grading of regression following neoadjuvant chemoradiation therapy:
the clinical need is now. J Clin Pathol 2012; 65(10): 867–71.
6. Chong I.Y., Brown G., Heald R.J., Thomas K., Chau I., Wotherspoon A., Tait D.M. A multicenter phase II clinical study evaluating the deferral of rectal surgery following a continued response to preoperative chemoradiotherapy (CRT). Journal of Clinical Oncology.
28(15_suppl): TPS191-TPS191.
7. Gillies R.J., Kinahan P.E., Hricak H. Radiomics: images are more than pictures, they are data. Radiology 2016; 278: 578–84.
doi: 10.1148/radiol.2015151169.
8. Lambin P., Rios-Velazquez E., Leijenaar R., Carvalho S., van Stiphout R.G., Granton P., Zegers C.M., Gillies R., Boellard R., Dekker A., Aerts H.J. Radiomics: extracting more information from medical images using advanced feature analysis. Eur J Cancer.
2012 Mar; 48(4): 441–6. doi: 10.1016/j.ejca.2011.11.036.
9. Davnall F., Yip C.S., Ljungqvist G., Selmi M., Ng F., Sanghera B., Ganeshan B., Miles K.A., Cook G.J., Goh V. Assessment of tumor heterogeneity: an emerging imaging tool for clinical practice? Insights Imaging. 2012 Dec; 3(6): 573–89. doi: 10.1007/s13244- 012-0196-6.
10. Лушников Е.Ф. лечебный патоморфоз опухолей. Патологоанатомическая диагностика опухолей человека. м.: медицина, 1993. 688.