Радиомика перифокальной зоны глиом головного мозга: применение диффузионно-куртозисных, релаксационных и перфузионных параметров для определения границ опухолевой инвазии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-75-10074

НазваниеРадиомика перифокальной зоны глиом головного мозга: применение диффузионно-куртозисных, релаксационных и перфузионных параметров для определения границ опухолевой инвазии

Руководитель Баталов Артем Игоревич, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения Российской Федерации , г Москва

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-603 - Рентгенология, радиационная медицина, медицинская визуализация

Ключевые слова глиомы высокой степени злокачественности, глиомы низкой степени злокачественности, молекулярно-генетическая характеристика, биомаркеры, диффузионно-куртозисная МРТ, перфузионная МРТ, МР-релаксометрия

Код ГРНТИ76.29.62

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Известно, что глиомы высокой степени злокачественности распространяются за пределы контрастируемой (по данным МРТ) части опухоли. Диффузная часть опухоли, не накапливающая контрастный препарат, инфильтрирует перифокальное мозговое вещество, оценка ее распространенности обязательна при исследовании пациентов с глиомами. Gross-total резекция глиом низкой и высокой степени злокачественности является одним из основных условий увеличения продолжительности жизни пациентов. Фундаментальной задачей проекта является оценка распространенности (определение границ) инфильтративной части глиом в зонах с нарушенным и сохранным гематоэнцефалическим барьером. Актуальность проекта заключается в необходимости исследования современных МРТ-биомаркеров диффузнорастущих глиом с целью поиска границ опухолевой инвазии и разработки персонализированного алгоритма лечения пациентов, а также прогнозирования направления дальнейшей прогрессии глиом и течения заболевания. Для достижения поставленных целей будут исследованы пациенты с диффузнорастущими глиомами низкой (grade 2) и высокой степени злокачественности (grade 3-4) с использованием комплекса количественных показателей, получаемых с помощью диффузионно-куртозисной МРТ, ASL-перфузии и МР-релаксометрии. Впервые широкий спектр диффузионных, перфузионных и релаксационных количественных показателей будет определен в зонах интереса в области активного роста глиальных опухолей, зоне перифокального отека-инфильтрации, в интактных тканях пораженного полушария мозга (на стандартных МРТ), а также в белом и сером веществе противоположного, не пораженного полушария мозга. С помощью навигационной системы перед хирургической резекцией опухоли из вышеописанных зон интереса пораженного полушария будут взяты образцы тканей в т.ч. из интактного белого вещества мозга по ходу нейрохирургического доступа, и проведены гистологические, иммуногистохимические и молекулярно-генетические исследования. Для каждого образца тканей будет проведен анализ пролиферативной активности по экспрессии Ki-67% и Bcl-2, молекулярное профилирование (статус метилирования промотера гена MGMT, мутаций IDH1 и IDH2), у пациентов с глиобластомами – маркера CD133, экспрессируемого глиомными стволовыми клетками. Количественные данные будут сопоставлены с результатами иммуногистохимических и молекулярно-генетических исследований для определения истинной распространенности опухолей. С помощью мультипараметрических данных будет разработан алгоритм построения индивидуальных карт опухолевой инвазии, не визуализирующейся при стандартных МРТ-исследованиях. Будет исследована возможность валидизации индивидуальных карт опухолевой инвазии при динамическом наблюдении пациентов в постоперационном периоде. Взятие биопсийного материала из выделенных при МРТ зон интереса, не только в области активного роста глиом, но и из перифокальной зоны отека-инфильтрации, а также интактных тканей по ходу операционного доступа, получение в этих зонах иммуногистохимических и молекулярно-генетических характеристик в сопоставлении с широким спектром диффузионно-куртозисных, перфузионных, релаксометрических количественных показателей является абсолютно новым. До последнего времени не было представлено таких работ, как в отечественной, так и в зарубежной литературе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Характеристика пациентов У включенных в исследование 16 пациентов были выявлены следующие морфологические варианты глиальных опухолей (grade 1 – 1, grade 2 – 5, grade 3 – 8, grade 4 – 2). Различия между областями интереса в глиомах, а также в веществе мозга, различия областей интереса между опухолями разной степени злокачественности были проанализированы для общей выборки за три года исследования. Результаты приведены в соответствующей части отчета. Взаимосвязь нейрорентгенологических и морфологических показателей При исследовании общей выборки отдельно проведен анализ областей интереса в опухолевой ткани в группе из 24 пациентов с глиомами, не накапливавшими контрастный препарат (8 – grade 2, 16 – grade 3). Отмечались значимые различия AWF между участками с индексом мечения (ИМ) Ki-67 менее 8% и 8% и более, а также AxEAD, MD, MK, RadEAD, T1, T2 между участками с ИМ Ki-67 менее 6% и 6% и более. Построение карт опухолевой инвазии Для определения информативности индивидуальных карт опухолевой инвазии они были оценены тремя опытными рентгенологами со стажем работы более 10 лет. Была применена шкала со значениями от 0 до 3, где значение «0» не показывало участков перепадов значений параметров куртозиса, а «3» – выявляло наиболее показательные участки перепадов значений параметров куртозиса, которые совпадали с зонами продолженного роста опухолей. Мы исследовали 9 пациентов с глиомами высокой степени злокачественности, с продолженным ростом на фоне комбинированного лечения. Целью исследования было валидировать индивидуальные карты опухолевой инвазии, построенные на дооперационном этапе, в сопоставлении с участками реального продолженного роста опухолей. По результатам было выявлено, что карты опухолевой инвазии выходили во всех случаях глиом высокой степени злокачественности выходили за пределы зоны отека-инфильтрации на дооперационным этапе и частично или полностью совпадали с зонами продолженного роста на фоне комбинированного лечения. В некоторых случаях удалось «спрогнозировать» участки отдаленного продолженного роста опухолей по параметрическим картам диффузионно-куртозисной МРТ. Наиболее информативными картами опухолевой инвазии оказались: фракция аксональной воды (наибольшая информативность, равная 3 баллам в 77% случаев), средний куртозис (наибольшая информативность, равная 3 баллам в 77% случаев), радиальный куртозис (наибольшая информативность, равная 3 баллам в 77% случаев), средняя диффузия (наибольшая информативность, равная 3 баллам в 55% случаев), куртозисная анизотропия (хорошая информативность, равная 2 баллам в 55 % случаев), а также извитость экстрааксонального пространства (хорошая информативность, равная 2 баллам в 55 % случаев), аксиальный куртозис (хорошая информативность, равная 2 баллам в 66 % случаев. Также дополнительно была исследована группа пациентов (n=5) с глиомами низкой степени злокачественности (Grade 2). В данной группе карты опухолевой инвазии во всех случаях распространялись за пределы зоны отека-инфильтрации. На момент исследования данных за продолженный рост образований не было. Однако полученные данные позволяют предполагать, что глиомы низкой степени злокачественности также распространяются за пределы зоны повышения МР-сигнала в режимах Т2 и Т2-FLAIR. Дополнительно мы проанализировали зону вазогенного отека у пациентов с метастатическим поражением головного мозга (n=3). У пациентов данной группы в зоне вазогенного отека не было выявлено участков перепадов значений параметров куртозиса. Следует обратить внимание, как изменяются показатели вдоль траекторий, построенных с помощью предложенного алгоритма, в перифокальной зоне глиом высокой, низкой степени злокачественности и метастазов. Мы получили не только изменения параметров (перепады на графиках траекторий), но и визуальное отражение (на цветовых картах) известной патоморфологии процесса — в перифокальной зоне метастазов не выявлено значимых перепадов параметров ДК МРТ, так как имеется чистый вазогенный отек и нет инфильтративного компонента. При глиомах высоко и низкой степени злокачественности не только в зоне перифокального отека, но и за пределами зоны изменения МР-сигнала были обнаружены перепады параметров ДК МРТ, что, по нашему мнению, отражает нарушения диффузии вдоль волокон белого вещества и различную степень инфильтрации тканей мозга клетками глиом. Наша находка, помимо составления индивидуальной карты опухолевой инвазии, может быть использована как параметр дифференциальной диагностики глиобластом и солитарных метастазов. Разработанный на основе диффузионно-куртозисной МРТ алгоритм анализа изображений при опухолях головного мозга позволяет оценить анизотропные изменения ткани мозга в направлениях от опухоли к неизмененному по данным МРТ белому веществу и таким образом определить степень изменения микроструктуры в перифокальной зоне глиобластом мозга по сравнению с метастазами. Полученные индивидуальные карты опухолевой инвазии могут использоваться при планировании нейрохирургического и радиотерапевтического лечения, а также для прогнозирования направлений дальнейшего роста злокачественных глиом.

Публикации

1. Баталов А.И., Захарова Н.Е., Афандиев Р.М., Пронин И.Н. Планирование операций с метаболической навигацией при опухолях, локализованных вблизи функционально значимых зон головного мозга Легран Принт, Москва, Флуоресценция в нейрохирургии / [Горяйнов С.А., Потапов А.А., Лощенов В.Б., Захарова Н.Е. и др.]; под ред. Д.Ю. Усачева. – Москва : Легран Принт, 2024. – 352 с. : ил. Глава 7. Планирование операций с метаболической навигацией при опухолях, локализованных вблизи функционально значимых зон головного мозга / А. И. Баталов, Н. Е. Захарова, Р. М. Афандиев, И. Н. Пронин // Флуоресценция в нейрохирургии. Под редакцией акад. РАН Усачева Д.Ю. [Горяйнов С.А, Потапов А.А., Лощенов В.Б., Захарова Н.Е.]. — Москва: Легран Принт, 2024. — С. 7. (год публикации - 2024)

2. Захарова Н.Е., Баталов А.И., Пронин И.Н., Погосбекян Э.Л., Чехонин И.В., Быканов А.Е., Пицхелаури Д.И., Тюрина А.Н., Галстян С.А., Рыжова М.В., Фадеева Л.М., Данилов Г.В. Перифокальная зона глиом головного мозга: возможно ли определить границы опухолевой инвазии? X съезд нейрохирургов России, Перифокальная зона глиом головного мозга: возможно ли определить границы опухолевой инвазии. Захарова Н.Е., Баталов А.И., Пронин И.Н., Погосбекян Э.Л., Чехонин И.В., Быканов А.Е., Пицхелаури Д.И., Тюрина А.Н., Галстян С.А., Рыжова М.В., Фадеева Л.М., Данилов Г.В. (Пленарный). X съезд нейрохирургов России, Нижний Новгород. 10-13 сентября 2024 (год публикации - 2024)

3. Погосбекян Э.Л., Захарова Н.Е., Баталов А.И., Шевченко А.М., Фадеева Л.М., Быканов А.Е., Тюрина А.Н., Чехонин И.В., Галстян С.А., Пицхелаури Д.И., Пронин И.Н., Усачев Д.Ю. Построение индивидуальных карт инвазии опухолей головного мозга с помощью диффузионно-куртозисной магнитно-резонансной томографии Современные технологии в медицине, том 17, номер 1, стр. 81. (год публикации - 2025)
10.17691/stm2025.17.1.08

4. Чехонин И.В., Баталов А.И., Погосбекян Э.Л., Тюрина А.Н., Галстян С.А., Быканов А.Е., Пицхелаури Д.И., Захарова Н.Е., Пронин И.Н. Исследование неконтрастируемых диффузных глиом головного мозга по данным МР-релаксометрии, диффузионно-куртозисных изображений и ASL-перфузии с применением интраоперационной нейронавигации: оценка гетерогенности опухолевой структуры и поиск визуализационных предикторов пролиферативной активности. Russian Electronic Journal of Radiology (REJR), 15(2):109-119 (год публикации - 2025)
10.21569/2222-7415-2025-15-2- 109-119