磁共振扩散成像多模型评价胃癌新辅助化疗疗效及病理组织学机制研究

Neoadjuvant chemotherapy (NACT) can improve the opportunity for radical resection in patients with advanced gastric cancer. There is still lack of effectively radiological method in the response evaluation of gastric cancer to NACT. In this project, we plan to optimize the imaging sequences and parameters of diffusion-weighted MR imaging (DWI) for gastric cancer. On this basis, the Gaussian model (mono-exponential model) and non-Gaussian model (bi-exponential model and FROC model) will be built to reflect the change of water molecular movement in gastric cancer tissue. Then the correlation between parameters generated by non-Gaussian model and microvessel density (MVD), cell density and tissue homogeneity generated by pathology will be investigated through the radiological-pathological comparison; and the histopathological mechanism of the parameter variation will be studied, the quantitative indicators which can reflect the biological behavior of gastric cancer and its change pattern after NACT will be extracted. Finally we want to define the thresholds and time-window of various non-Gaussian models to evaluate the response of NACT through the comparison with tumor regression grading, relapse-free survival time and overall survival time. The goal of this projection is to explore non-invasive, quantitative, economical and repeatable early response evaluation biomarkers for the NACT of gastric cancer, through which to provide theoretical and practice basis for the achievement of personalized medicine.

新辅助化疗可增大进展期胃癌患者获得根治性切除的机会。目前影像学缺乏有效评价胃癌新辅助化疗疗效的客观手段。本项目拟优化胃癌磁共振多b值扩散加权成像序列参数设置，完善成像技术流程，在此基础上构建反映胃癌组织水分子扩散变化的高斯模型（单指数模型）与非高斯模型（双指数模型和FROC模型）。通过影像病理对照研究，明确各模型参数与微血管密度、细胞密度和组织均匀度的相关性，探索其变化的病理组织学机制，提取能够有效反映胃癌生物学行为特征及新辅助化疗疗效的定量参数。进而通过与术后病理退缩分级及无瘤生存期和生存时间的对照分析，确定磁共振扩散加权成像各模型参数评价胃癌新辅助化疗疗效的阈值和早期敏感时间窗。本项目的目标在于探索一种无创、定量、经济及可重复的早期预测胃癌新辅助化疗效果的方法，为胃癌新辅助化疗个体化的实现提供理论和实践依据。

胃肠道恶性肿瘤可通过新辅助治疗或靶向治疗获得提高治疗预后、延长生存期的目的，影像学是治疗疗效评价的主要方法，但目前缺乏客观有效的评价手段。本项目拟优化胃癌及胃肠道间质瘤GIST磁共振多b 值扩散加权成像序列参数设置，完善成像技术流程，在此基础上构建反映胃肿瘤组织水分子扩散变化的高斯模型（单指数模型）与非高斯模型（主要是FROC 模型），提取能够有效反映胃肠道恶性肿瘤生物学行为特征及化疗和靶向治疗疗效的定量参数。通过与术后病理退缩分级及相关生存预后的对照分析，确定磁共振扩散加权成像各模型参数评价胃癌和GIST疗效的阈值和敏感时间窗，并通过动物模型探索相关机制，为胃肠道肿瘤个体化诊疗的实现提供理论和实践依据。在FROC模型应用于GIST靶向治疗评效的研究中，突破性的首次尝试联合两个扩散量化指标（疗前β 值+疗后2周D值变化率）进行肿瘤疗效的早期预测，取得了优于常规单一值的满意结果，在国内外研究中尚属首次。在胃癌新辅助化疗评效研究中，以疗后早期ADC值变化预测三年长期生存率，结果发现取ADC值升高率>15%预测长期生存，阳性预期值达到83.3%，为胃癌新辅助的临床评效提供了新指标。在DWI早期预测GIST靶向治疗疗效效能的研究中，以疗后两周ADC值变化率预测中期疗效， %ΔADC值预测治疗有效的曲线下面积为0.877，以%ΔADC值≥ 22%为截割点预测治疗有效，敏感性0.862，特异性0.800，为临床的实际应用提供了参考和依据。机制研究方面，利用藻酸盐建立适用于实验动物多部位 DWI扫描的模具，抑制图像的变形与伪影，并对比藻酸盐模具对各部位 DWI图像质量及其量化值测量的影响，为获得满意的高b值扩散加权图像奠定基础。之后在3T上进行裸鼠皮下胃癌移植瘤FROC模型评效机制研究，发现肿瘤化疗后β值下降，与凋亡指数呈正比、增殖指数呈反比；同时发现，β值的下降率明显高于D值（17.5% vs. 2%），推测反映组织均匀度的参数β值可能较反映水分子扩散速度的参数D值更敏感的预测胃癌皮下移植瘤对化疗的反应性。研究同时扩展探索了能谱CT碘浓度值术前预测胃癌新辅助化疗疗效的价值，结果发现胃癌疗后2周期碘浓度值IC的变化，与术后肿瘤退缩率分级TRG密切相关，其预测效果优于胃癌厚度，并计算得到了52.9%的评效截割点，为胃癌新辅助化疗的评效提供了新的有潜力指标。