頭頸部腫瘤血流動力學的漫射光學測量用于早期預測放化療結果

01

 研究背景

放射治療是頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）的主要治療方式，可與化療聯(lián)合治療。但往往由于腫瘤狀態(tài)的不停變化，放療的效果會隨之起伏，所以在治療期間反復監(jiān)測個體腫瘤的血流動力學狀態(tài)可以為治療結果提供預測信息。但因為沒有合適的技術，腫瘤的血流動力學監(jiān)測并沒有被納入進日常檢查。此實驗目的在于研究使用近紅外方法監(jiān)測頭頸部鱗狀腫瘤血流動力學的準確性。
 

02

研究方法
 

2.1、實驗被試

實驗招募了47名有效被試患者，其中男性40人，女性7人，平均年齡57.77歲。根據(jù)放療后一年的結果，病人分為完全緩解組（CR）（所有靶病灶消失）（29人）和不完全緩解組（IR）組（出現(xiàn)遠處轉移或局部復發(fā)）（18人）。
 

2.2、實驗過程

在治療前，大多數(shù)患者通過免疫組織化學檢查 HPV-16 狀態(tài)。通過 MRI 或 CT 成像確定臨床受累的最大頸部淋巴結作為測量目標，然后量化腫瘤淋巴結體積和位置。光學測量包括在作為基線的治療前測量和在 7 周的整個治療期內每周測量（圖1）。在每次光學測量之前，使用超聲機驗證腫瘤節(jié)點的位置和大小。

圖1. 實驗整體流程。
 

2.3、數(shù)據(jù)采集和處理

使用Imagent (ISS) 進行光學測量。在每次測量之前，Imagent 系統(tǒng)在具有已知光學特性（μa 和 μs0）的實體模型上進行校準。通過將混合光纖探頭放置在所選淋巴結的皮膚上連續(xù)進行光學測量 （圖2）以 0.25 Hz 的采樣率持續(xù) 3 分鐘，然后對前臂屈肌進行 2 分鐘的測量，作為比較的對照測量。在測量期間獲得的數(shù)據(jù)被平均，并且平均值被用于代表腫瘤/肌肉光學特性和血流動力學。

圖2. 使用混合Imagent/DCS儀器進行光學測量。
 

03

實驗結果
 

3.1、預測治療結果的腫瘤血流動力學參數(shù)的準確性

在 HPV-16 陽性患者中，[HbO2]提供了第 1 周和第 3 周治療結果的最佳預測。THC 和 StO2 也顯示出對第 3 周治療結果的中等預測。在 HPV-16 陰性患者中，BFI 和 μs0 分別為第 3 周的治療結果提供了極好的預測。
 

3.2、HPV-16 陽性和陰性患者腫瘤血流動力學反應和治療結果的比較

總體而言，除了腫瘤的治療前基線 [Hb]外，HPV-16 陽性組和陰性組之間的大多數(shù)測量光學參數(shù)沒有顯著差異。事后成對測試表明，與 HPV-16 陽性組相比，HPV-16 陰性組在治療前基線（第 0 周）的腫瘤 [Hb] 水平顯著更高。HPV-16陽性組和陰性組在年齡、性別、腫瘤分期、腫瘤淋巴結大小、腫瘤上方皮膚組織厚度等方面無顯著差異，但在原發(fā)腫瘤部位存在顯著差異。在HPV-16陽性腫瘤中觀察到的CR頻率比HPV-16陰性腫瘤略高。
 

04

實驗結論

本研究的近紅外光學測量顯示了在頭頸癌患者早期（在治療的前 3 周內）預測放化療的前景。由于 HPV-16 狀態(tài)影響腫瘤對治療的反應，因此需要根據(jù) HPV-16 狀態(tài)對患者進行亞組，以提高治療結果的預測準確性。需要更多的患者來提高數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)計能力，開發(fā)集成多個參數(shù)的預測模型以進一步提高預測準確性，并找到驗證分類器的參數(shù)的最佳閾值。此外，預計對放化療有 IR 的患者可能會被引導到替代療法（例如，手術切除腫瘤），從而減少與放化療相關的副作用。基于放化療期間頻繁光學測量的腫瘤特性/血流動力學的動態(tài)修改也有望單獨優(yōu)化治療結果。

Dong, L., Kudrimoti, M., Irwin, D., Chen, L., Kumar, S., Shang, Y., Huang, C., Johnson, E.L., Stevens, S.D., Shelton, B.J. and Yu, G., 2016. Diffuse optical measurements of head and neck tumor hemodynamics for early prediction of chemoradiation therapy outcomes. Journal of biomedical optics, 21(8), p.085004.

DOI: 10 .1117/1.JBO.21.8.085004