应用多模态在体影像方法研究直肠癌放疗疗效的精确量化分析

建立早期、准确的肿瘤疗效评价方法和明确其理论基础是指导肿瘤治疗的关键。本课题组前期研究显示磁共振扩散成像可以用来早期监测直肠癌放疗疗效。但肿瘤细胞接受放疗后在体活动是一个连续、动态、复杂的变化过程，探究这一过程及其规律，可为早期、精确定量化评价肿瘤疗效提供理论基础。多模态的影像方法是近年来影像检查技术的重要研究方向，不同的成像模态能够反映生物体组织内不同水平的生理变化，将多个模态的成像技术整合在一起，相互弥补各自成像缺陷的同时，又可优势互补。本研究选用直肠癌裸小鼠皮下移植模型，通过"影像-分子标记"对照，探索基于MRI结构成像、扩散功能成像和生物自发光成像的多模态影像方法精确量化分析直肠癌放疗疗效的可行性和理论基础，初步揭示放疗后直肠癌肿瘤细胞的发生、发展与凋亡的在体活动规律。为实现直肠癌疗效早期评价和量化分析的临床应用提供新的思路、理论基础和依据。

本研究按照计划执行，按期顺利完成，超额完成目标。. 本研究选用直肠癌裸小鼠皮下移植模型，通过“影像-分子标记”对照，探索基于MRI 结构成像、扩散功能成像和荧光成像的多模态影像方法精确量化分析直肠癌放疗疗效的可行性和理论基础。. 首先，本研究创新性使用弥散连续分布多指数模型。计算得到较双指数模型、单指数模型更稳定，随机误差更小的三个新指标：FWHM、D_max和ADC。其中FWHM代表组织内成分的均质性，D_max代表组织内真正的弥散系数。ADC值代表多指数模型计算得出的总的表观扩散系数。其次，研究通过光学成像和MRI的动态观察，获得了直肠癌生长过程中光学信号强度值和MRI功能指标的动态变化规律，以及放疗所引起的光学、MRI信号的变化；同时通过断点实验将MRI指标与组织学结果Ki67、survivin、cyclin D1进行对照。最后，本研究发现D_max、FWHM、ADC可以较早、较灵敏的反映肿瘤生长变化，其敏感反映的时间窗与光学测量的时间窗相符，提示其有潜力应用于临床肿瘤治疗早期评效。三个指标中，D_max和ADC值在放疗后24h 到7d这一段较长的早期时间段均能很稳定、灵敏的反映放疗组和对照组之间的差异，因此应用前景更好。在筛选出反映肿瘤生物学行为变化的灵敏MRI指标的同时，研究从组织学水平更好的解释了FWHM、D_max和ADC 三个MRI指标的生理意义。除此之外，我们将单指数模型的Standard ADC、双指数模型的DDC、Slow ADC与新指标相比，现有模型指标虽然也能在某些早期点反映放疗对肿瘤的影响，但不如新指标能够更稳定持久的反映放疗组和对照组的生物学行为差异。. 建立早期、准确的肿瘤疗效评价方法和明确其理论基础是指导肿瘤治疗的关键，本研究为实现直肠癌疗效早期评价和量化分析的临床应用提供新的影像学思路和理论基础。. 基于本研究成果，目前已发表SCI论文9篇，核心期刊论文1篇。. 依托本项目培养博士研究生3人，硕士研究生1人，在读博士研究生1人。培养副教授1人， 副主任医师2人。