Σύγκριση μοντέλων διάχυσης σε όγκους Wilms και φυσιολογικό ετερόπλευρο νεφρικό ιστό

Επικοινωνία:tina.xiang@wecistanche.com

Αφηρημένη

ΣκοπόςΟ ADC (Apparent Diffusion Coefficient) που προέρχεται από τη Διάχυση-Συγκεντρωμένη Απεικόνιση (DWI) έχει υποσχεθεί ως μη-1μη επεμβατικός βιοδείκτης ποσοτικής απεικόνισης σεΌγκοι Wilms. Ωστόσο, πολλά μη Gaussian μοντέλα θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στο DWI. Αυτή η μελέτη είχε ως στόχο να συγκρίνει την καταλληλότητα τεσσάρωνδιάχυσημοντέλα (μονοεκθετική, IVIM [Intravoxel Incoherent Motion], τεντωμένη εκθετική και κύρτωση) στους όγκους Wilms και στο μη επηρεασμένο ετερόπλευρονεφρά.

Υλικά και μέθοδοι Τα δεδομένα DWI αναθεωρήθηκαν αναδρομικά (110 όγκοι Wilms και 75 σύνολα δεδομένων φυσιολογικών νεφρών). Η καλή προσαρμογή για κάθε μοντέλο μετρήθηκε ως προς τα voxel χρησιμοποιώντας τα Akaike Information Criteria (AIC). Η μέση AIC υπολογίστηκε για κάθε όγκο όγκου (ή αντίπλευρο φυσιολογικό νεφρικό ιστό). Οι μονόδρομες ANOVA με διόρθωση θερμοκηπίου-Geisser και δοκιμές post hoc χρησιμοποιώντας τη διόρθωση Bonferroni αξιολόγησαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τιμών AIC. το χαμηλότερο AIC που υποδεικνύει το βέλτιστο μοντέλο.

ΑποτελέσματαΤο IVIM και το τεντωμένο εκθετικό παρείχαν την καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα Wilms'tumor DWI. Το IVIM παρείχε την καλύτερη προσαρμογή για τα φυσιολογικά δεδομένα των νεφρών. Η μονοεκθετική ήταν η λιγότερο κατάλληλη μέθοδος προσαρμογής τόσο για τα δεδομένα του όγκου του Wilms όσο και για τα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού.

ΣυζήτησηΤο σταθμισμένο σήμα διάχυσης μέσαΌγκοι Wilmsκαι κανονικόνεφρικό ιστόδεν παρουσιάζει μονο-εκθετική διάσπαση και περιγράφεται καλύτερα από μη Gaussian μοντέλα διάχυσης.

Λέξεις-κλειδιάΌγκος Wilms. Νεφρά. Διάχυση

Για περισσότερες πληροφορίες, κάντε κλικ εδώ

Εισαγωγή

Ο όγκος του Wilms είναι ο πιο κοινός παιδικός νεφρικός όγκος [1] και στην Ευρώπη, οι ασθενείς υποβάλλονται σε χημειοθεραπεία πριν από τη χειρουργική επέμβαση για τη μείωση του μεγέθους του όγκου [2]. Μετά από πλήρη ή μερική νεφρεκτομή, η ιστολογική ανάλυση ταξινομεί τον όγκο ως υποτύπο ανάλογα με τον κυρίαρχο κυτταρικό τύπο [3]. Οι ασθενείς θα υποβάλλονται συχνά σε πολλαπλές σαρώσεις μαγνητικής τομογραφίας για την παρακολούθηση της ανταπόκρισης στη θεραπεία, με τη συχνή λήψη απεικόνισης με βαρύτητα διάχυσης (DWI).

Ο Φαινόμενος Συντελεστής Διάχυσης (ADC) μπορεί να προκύψει από το DWI εφαρμόζοντας μια μονο-εκθετική προσαρμογή (Εξ. 1) στα δεδομένα διάχυσης.

(1)S(b)= Se-b.ADC

όπου S(b) είναι το σήμα σε μια δεδομένη τιμή b και S. είναι το σήμα χωρίς στάθμιση διάχυσης.

Το ADC έχει δείξει μεγάλη υπόσχεση ως εργαλείο ποσοτικής απεικόνισης στο Wilms'tumour. Για παράδειγμα, το ADC έχει χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση καλοήθων από κακοήθεις όγκους (υποσύνολο αυτού

κοόρτη είναι οι όγκοι Wilms)[4], διαχωρίζει το νευροβλάστωμα από τον όγκο Wilms[5], παρακολουθεί την ανταπόκριση στη χημειοθεραπεία [6, 7], αναγνωρίζει ιστολογικούς υποτύπους [7] και βοηθά στην αναγνώριση νεκρωτικού ιστού όγκου Wilms [8].

Ενώ το ADC είναι μια χρήσιμη παράμετρος, υπάρχουν άλλα μοντέλα που δεν είναι Gaussian (VIM[9][ntravoxel Incoherent Motion], stretched exponential [10] και kurtosis [11]) τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν σε δεδομένα DWI για να παράγουν ένα ευρύ φάσμα μετρήσεις διάχυσης. Το IVIM(Εξ. 2) είναι ένα δι-εκθετικό μοντέλο που όχι μόνο περιγράφει την κίνηση του νερού μέσα στον εξωαγγειακό χώρο αλλά και στο τυχαία προσανατολισμένο μικροτριχοειδές δίκτυο. Παράγει τις παραμέτρους D (ο συντελεστής διάχυσης απαλλαγμένος από την επίδραση του νερού γρήγορης ροής στο τριχοειδές δίκτυο, που αναφέρεται ως αργή διάχυση), D* (ο συντελεστής διάχυσης λόγω της τυχαίας προσανατολισμένης κίνησης του νερού στο αίμα στο τριχοειδές δίκτυο-ταχεία διάχυση) και f (το κλάσμα όγκου που σχετίζεται με το συστατικό ταχείας ροής). (2)S(b)= Άρα[(1-f)e(-bD συν fel-b(D συν D')

Το τεντωμένο-εκθετικό μοντέλο (Εξ. 3) περιγράφει την ετερογένεια στη διάχυση μέσα σε ένα μόνο voxel, περιγράφοντας την απόκλιση από μια μονο-εκθετική διάσπαση. Παράγει τις παραμέτρους DDC (ο συντελεστής κατανεμημένης διάχυσης) και a (την παράμετρο τάνυσης για να περιγράψει την απόκλιση από την ομογενή διάχυση).

(3)S(b)= S,e(-(b.DDC)")

Το μοντέλο κύρτωσης (Εξ. 4) περιγράφει την απόκλιση από τη μετατόπιση των μορίων του νερού μετά από μια κατανομή Gauss και παράγει τις παραμέτρους D (ο συντελεστής διάχυσης διορθώθηκε για τη μη Gaussian μετατόπιση) και K (η κύρτωση).

(4)S(b)= Soe-bD συν b2D,?K/6

Αυτά τα μοντέλα έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν συμπληρωματικές πληροφορίες σχετικά με τη μικροδομή των ιστών. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι παρέχουν ανώτερες περιγραφές των δεδομένων διάχυσης σε σύγκριση με το μονο-εκθετικό μοντέλο στον καρκίνο του ορθού [12], στις μεταστάσεις των οστών του καρκίνου του προστάτη [13], στον καρκίνο των ωοθηκών [14] και στον υγιή νεφρικό ιστό[15]. Ωστόσο, υπάρχει περιορισμένη έρευνα για την εφαρμογή αυτών των μοντέλων στον όγκο Wilms' όπου μπορεί να είναι χρήσιμα, λόγω του εξαιρετικά ετερογενούς κυτταρικού περιβάλλοντος του ιστού όγκου. Επιπλέον, υποτίθεται ότι λόγω των υψηλών επιπέδων αιμάτωσης στονεφρά, και ότι το IVIM έχει σχεδιαστεί για να λαμβάνει υπόψη ένα στοιχείο που σχετίζεται με τη διάχυση στο σήμα διάχυσης, αυτό το μοντέλο μπορεί να παρέχει ανώτερη προσαρμογή σε αυτά τα δεδομένα DWI [16].

Ο στόχος αυτής της έρευνας ήταν να προσδιορίσει εάν αυτά τα μοντέλα (VIM, τεντωμένη εκθετική και κύρτωση) παρέχουν ανώτερη προσαρμογή στο σταθμισμένο σήμα διάχυσης σε σύγκριση με ένα μονο-εκθετικό μοντέλο, στους όγκους Wilms και στο ετερόπλευρο φυσιολογικόνεφρό. Η καλή προσαρμογή υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το Akaike Information Criterion (AIC)[17], το οποίο τιμωρεί τα μοντέλα που περιέχουν περισσότερες ελεύθερες παραμέτρους από αυτές που υποστηρίζονται από τα ακατέργαστα δεδομένα. Επιπλέον, ως δευτερεύων στόχος, οι όγκοι Wilms διαχωρίστηκαν με ιστολογικό υπότυπο για να καθοριστεί εάν ορισμένα μοντέλα ευνοούσαν ορισμένους υποτύπους.

Υλικά και μέθοδοι Πληθυσμός μελέτης

Χορηγήθηκε θεσμική δεοντολογική έγκριση και απαλλάχθηκε από την ανάγκη συναίνεσης για αυτήν την ενιαία μελέτη κέντρου. Πραγματοποιήθηκε μια 10-ετής αναδρομική ανασκόπηση (Απρίλιος 2007-Μάρτιος 2017) του συστήματος ακτινολογικής απεικόνισης στο ίδρυμά μας για όλα τα δεδομένα μαγνητικής τομογραφίας κοιλίας σε παιδιά με αποδεδειγμένη ιστολογική διάγνωσηΌγκος Wilms. Τα κριτήρια συμπερίληψης ήταν εκείνα με πολλαπλά δεδομένα DWI τιμής b (συμπεριλαμβανομένης μιας μέγιστης τιμής b 1000 s/mm2) και το μέγεθος του όγκου που καλύπτει τουλάχιστον 2 αξονικές τομές στο DWI. Το DWI με τεχνουργήματα ακραίας κίνησης αφαιρέθηκε επίσης. Τα δεδομένα MRI συλλέχθηκαν από ασθενείς με όγκο Wilms, τόσο πριν όσο και μετά τη χημειοθεραπεία. Ιστολογικοί υποτύποι επιβεβαιώθηκαν μετεγχειρητικά για ένα υποσύνολο των όγκων. Για δεδομένα φυσιολογικού νεφρού, χρησιμοποιήθηκε ο ετερόπλευρος μη προσβεβλημένος νεφρός, εκτός από ασθενείς με αμφοτερόπλευρη νόσο.

MRI

Όλες οι απεικονίσεις πραγματοποιήθηκαν σε σαρωτή Siemens Magnetom Avanto 1,5 T εξοπλισμένο με διαβαθμίσεις 40 mT/m. Ανάλογα με το μέγεθος του ασθενούς, χρησιμοποιήθηκαν ένα ή δύο πηνία μήτρας σώματος για να επιτευχθεί πλήρης κάλυψη (σχεδίαση 6 στοιχείων, Siemens). Οι ασθενείς είτε ήταν ξύπνιοι είτε αναισθητοποιήθηκαν ανάλογα με την ηλικία τους.

Η πολλαπλή τιμή b DWI ελήφθη για όλους τους ασθενείς και αποκτήθηκε κατά την ελεύθερη αναπνοή. Το πρωτόκολλο DWI ήταν το εξής: 7 ή 8b τιμές σε 3 ορθογώνιες κατευθύνσεις(0, 50,100,250,500,750,1000 s/mm² ή 0,50,100,150,200,250,500,1 mm πάχος TR/TE: 2800 ms/89 ms, οπτικό πεδίο: 350×350 mm, μέγεθος voxel: 1,4×1,4 ×6 mm, αριθμός τμημάτων: 19, μέγεθος μήτρας: 128×96×19. Εννέα μέσοι όροι αποκτήθηκαν για Κάθε τιμή και εικόνες ίχνους (μέσος όρος πάνω από 3 κατευθύνσεις) χρησιμοποιήθηκαν για ανάλυση. Τυπικές κλινικές αλληλουχίες αποκτήθηκαν επίσης σε συνδυασμό, συμπεριλαμβανομένου του Tw κατασταλμένου από λίπος πριν και μετά τη χορήγηση σκιαγραφικού με βάση το γαδολίνιο· πλήρεις λεπτομέρειες των κλινικών ακολουθιών απεικόνισης μπορούν βρίσκεται στο [18].

Μετα-επεξεργασία

ΔιάχυσηΤα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας τις εικόνες ιχνών και τις εσωτερικές ρουτίνες προσαρμογής μοντέλων που σχεδιάστηκαν στο Matlab (έκδοση 2019a, MathWorks Inc., Natick, MA, ΗΠΑ) σε βάση voxel προς voxel χρησιμοποιώντας τέσσερα διαφορετικά μοντέλα διάχυσης: μονοεκθετική (Εξ. 1), IVIM (Εξ. 2), τεντωμένη-εκθετική (Εξ. 3) και κύρτωση (Εξ. 4).

Σε κάθε περίπτωση, το Swa ορίστηκε ως το σήμα στο b{{{{1{0}}}} και για το μονο-εκθετικό μοντέλο, μια γραμμική προσαρμογή του In(S/S.) έναντι όλων των τιμών b ήταν εκτελούνται. Για τα μη Gaussian μοντέλα, η προσαρμογή πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο μη γραμμικών ελαχίστων τετραγώνων Levenberg-Mar-quart (χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση «lsq-curve-fit» στο Matlab), σε όλες τις τιμές b (εκτός από το μοντέλο IVIM). Για το μοντέλο IVIM, αρχικά, μια γραμμική προσαρμογή του In(S/S.) έναντι του b υπολογίστηκε σε υψηλές τιμές b (200-1000 s/mm2) για να προσδιοριστεί η τιμή του D. Μετά από αυτό, D* και f ταίριαζαν ταυτόχρονα (με σταθερό D). Το D δεν είχε περιορισμούς στα ανώτερα όρια και το f περιοριζόταν μεταξύ 0 και 1. Για το εκθετικό μοντέλο, το DDC δεν είχε ανώτερες οριακές συνθήκες και περιοριζόταν μεταξύ 0 και 1. Για την κύρτωση, ούτε το Dk ούτε το K περιορίζονταν από τα ανώτερα όρια και το K είχε ένα κατώτερο όριο 0.

Περιοχές ενδιαφέροντος (ROI)

Οι ROI δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Mango (Research Imaging Institute, UTHSCSA). Οι ROI σχεδιάστηκαν στις εικόνες b{{0}} σε ολόκληρο τον όγκο του όγκου, αυτές επεξεργάστηκαν και επαληθεύτηκαν από έναν ακτινολόγο με εξειδίκευση στην παιδιατρική ακτινολογία (MV3 χρόνια αφιερωμένη στην παιδιατρική ακτινολογία). Ο φυσιολογικός νεφρικός ιστός ορίστηκε επίσης στις εικόνες b0 χρησιμοποιώντας τον ετερόπλευρο νεφρό (εξαιρουμένων αυτών με αμφοτερόπλευρη νόσο) γύρω από ολόκληρο τον όγκο του νεφρού και εξαιρέθηκαν περιοχές υψηλής ροής, όπως οι περιοχές που περιβάλλουν τη νεφρική πύελο. Ένα παράδειγμα φαίνεται στο Σχ. 1. Όλη η ανάλυση σχετικά με τις συγκρίσεις μοντέλων περιορίστηκε σε αυτές τις ROI.

Ανάλυση σύγκρισης μοντέλων

Το AIC χρησιμοποιήθηκε για τη σύγκριση των τεσσάρων μοντέλων (μονοεκθετικό, IVIM, τεντωμένο εκθετικό και κύρτωση). Για κάθε voxel εντός του ROI του όγκου και του φυσιολογικού νεφρού ROI. Το AIC υπολογίστηκε ανά μοντέλο. Η μέση AIC υπολογίστηκε σε ολόκληρο τον όγκο απόδοσης επένδυσης ανά μοντέλο. Οι μέσες τιμές AIC για κάθε μοντέλο συγκρίθηκαν στη συνέχεια χρησιμοποιώντας μια μονόδρομη ANOVA επαναλαμβανόμενων μετρήσεων με διόρθωση Greenhouse-Geis-ser για να ληφθεί υπόψη η μη ίση διακύμανση και πραγματοποιήθηκαν δοκιμές post hoc χρησιμοποιώντας τη διόρθωση Bonferroni. Μια σημαντική διαφορά ορίστηκε ως p<0.05.anovas were="" calculated="" for="" the="" entire="" wilms'tumour="" and="" normal="" kidney="" populations,="" as="" well="" as="" within="" different="" subgroups="" (pre-chemotherapy,="" post-chemotherapy,="" and="" different="" b="" value="" acquisitions="" [7="" and="" 8="" b="" value="" ranges]).="" additionally,="" models="" were="" compared="" between="" wilms'tumour="" histological="" subtypes="" to="" determine="" whether="" a="" certain="" subtype="" favoured="" a="" particular="" model.="" the="" post-chemotherapy="" data="" were="" used="" for="" this="" comparison="" as="" it="" was="" the="" nearest="" time="" point="" to="">

Αποτελέσματα

Πληθυσμός μελέτης

Συνολικά 110 όγκοι Wilms συμπεριλήφθηκαν για ανάλυση σύγκρισης μοντέλων διάχυσης. που αποτελούνταν από 49 όγκους πριν από τη χημειοθεραπεία και 61 μετά τη χημειοθεραπεία (38 από τους όγκους πριν από τη χημειοθεραπεία συμπεριλήφθηκαν ως μέρος των 61 κοορτών μετά τη χημειοθεραπεία). Ένα διάγραμμα ροής που περιγράφει λεπτομερώς τα εγκλείσματα και τις εξαιρέσεις περιπτώσεων φαίνεται στο Σχ.2. Η μέση ηλικία των ασθενών στη σάρωση πριν από τη χημειοθεραπεία ήταν 2,43 έτη (SD:2,2) και η μέση ηλικία στη σάρωση μετά τη χημειοθεραπεία ήταν 3,0 έτη (SD:2,8).

The diffusion data were acquired using either 7 or 8 b values（0,50,100,250,500,750,1000 s/mm²or 0,50,100,150,200,250,500,1000 s/mm>Αυτό οφειλόταν στην αλλαγή του πρωτοκόλλου κατά την περίοδο της παρούσας μελέτης, για λόγους που δεν σχετίζονται με αυτήν τη μελέτη. Σαράντα εννέα όγκοι είχαν το πρωτόκολλο αξίας 7 b (22 πριν από τη χημειοθεραπεία και 27 μετά τη χημειοθεραπεία) και 61 όγκοι είχαν το πρωτόκολλο αξίας 8b (27 πριν από τη χημειοθεραπεία και 34 μετά τη χημειοθεραπεία).

Από τους 61 όγκους μετά τη χημειοθεραπεία, οι 56 είχαν ιστολογικά επιβεβαιωμένους υποτύπους: 7 βλαστημικοί, 9 επιθηλιακοί, 13 στρωματικοί, 8 παλίνδρομοι, 18 μικτές και 1 πλήρως νεκρωτικός. Οι υποτύποι ορίστηκαν σύμφωνα με το πρωτόκολλο SIOP-2001 [3].

Ο ετερόπλευρος μη προσβεβλημένος νεφρός χρησιμοποιήθηκε ως δεδομένα φυσιολογικού νεφρού. Λόγω της ανάγκης αποκλεισμού διμερών περιπτώσεων, συμπεριλήφθηκαν συνολικά 75 σύνολα δεδομένων φυσιολογικών νεφρών·38από ασθενείς που είχαν λάβει χημειοθεραπεία και 37 από ασθενείς που δεν είχαν λάβει. Από τα 75 σύνολα δεδομένων φυσιολογικού νεφρού, τα 31 είχαν το πρωτόκολλο αξίας 7 b (15 πριν από τη χημειοθεραπεία και 16 μετά τη χημειοθεραπεία) και 44 είχαν το πρωτόκολλο τιμής 8b (22 πριν και 22 μετά τη χημειοθεραπεία).

Αποτελέσματα όγκου Wilms

Οι μονόδρομες ANOVA με διόρθωση θερμοκηπίου-Geisser αποκάλυψαν ότι οι τιμές AIC διέφεραν σημαντικά μεταξύ μοντέλων διάχυσης, σε όλες τις συνθήκες: ολόκληρη κοόρτη:(F(1.08, 117.91)=157.08, p=1.68 ×10-24), προ-χημειοθεραπεία:(F(1.05,50.53)=79.35,p=3.11×10-12), μετά τη χημειοθεραπεία:( F(1.13,67.92)=85.92,p=1.34×10-14), τιμές 7b:(F(1.21,58.16)=76.23,p{ {39}}.10×10-13), και τιμές 8b:(F(1.04,62.49)=95.51,p=1.68×10-14).

Το σχήμα 3 δείχνει τα τετραγωνίδια κάθε συνθήκης, με σημαντικές ράβδους που υπογραμμίζουν τα αποτελέσματα της δοκιμής post hoc χρησιμοποιώντας τη διόρθωση Bonferroni. Σε όλες τις συνθήκες, οι τιμές AIC για το μονο-εκθετικό μοντέλο ήταν σημαντικά υψηλότερες από τα άλλα τρία μοντέλα, υποδεικνύοντας ότι αυτό ήταν το λιγότερο κατάλληλο μοντέλο για τα δεδομένα όγκου Wilms. Για ολόκληρη την κοορτή όγκου και μετά τη χημειοθεραπεία του Wilms, η εκτεταμένη εκθετική ήταν το καλύτερο μοντέλο για την προσαρμογή των δεδομένων διάχυσης, καθώς αυτό παρείχε τις χαμηλότερες τιμές AIC. Το σχήμα 4 δείχνει ένα παράδειγμα του πόσο καλά ταιριάζουν τα μοντέλα στο σήμα διάσπασης διάχυσης σε ένα μόνο voxel ενός όγκου Wilms' μετά τη χημειοθεραπεία.

Για την κοόρτη πριν από τη χημειοθεραπεία και όταν τα δεδομένα χωρίστηκαν σε εύρη τιμών 7 και 8 b, τόσο το IVIM όσο και το τεντωμένο εκθετικό θεωρήθηκαν ως τα καταλληλότερα μοντέλα, χωρίς σημαντική διαφορά μεταξύ των τιμών AIC για αυτά τα δύο μοντέλα.

Additionally, one-way ANOVAs were used to investigate whether the best fit model was related to Wilms'tumour histological subtypes, using the post-chemotherapy data as they were the closest timepoints to histology. Only one tumour was classified as necrotic and was therefore removed from this section of the analysis. Figure 5 shows the AIC values for each subtype based on different diffusion models. There were no significant differences between AIC values across the subtypes (blastemal [n=7], epithelial [n=9], mixed [n=18], stromal [n=13], regressive [n=8]), for any of the models (p>0.05).

Φυσιολογικά αποτελέσματα στα νεφρά

Οι μονόδρομες ANOVA με διόρθωση θερμοκηπίου-Geisser αποκάλυψαν επίσης ότι οι τιμές AIC διέφεραν σημαντικά μεταξύ των μοντέλων διάχυσης, σε όλες τις συνθήκες για τα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού: ολόκληρη κοόρτη:(F(1.51,85.2)=276. 07, p=2.57×10-30), προ-χημειοθεραπεία:(F(1.43, 41.13)=119.38,p=1.16×{{22} }), μετά τη χημειοθεραπεία: (F(1.16,42.81)=157.33,p=1.10×10-15,7 b τιμές:(F(1.14,34.10){{ 38}}.49,p=1.06×10-1),και τιμές 8b:(F(1.14,49.10)=193.30,p=1.19× 10-19.

Το Σχήμα 6 δείχνει τα τετραγωνίδια κάθε συνθήκης, με ράβδους σημασίας που υπογραμμίζουν τα αποτελέσματα της δοκιμής post hoc χρησιμοποιώντας τη διόρθωση Bonferroni. Τα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού παρείχαν παρόμοια αποτελέσματα με τα δεδομένα όγκου Wilms: σε όλες τις συνθήκες οι τιμές AIC για το μονο-εκθετικό μοντέλο ήταν σημαντικά υψηλότερες από τα άλλα τρία μοντέλα, υποδεικνύοντας ότι αυτό ήταν το λιγότερο κατάλληλο μοντέλο για τα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού. Σε αντίθεση με τα δεδομένα του όγκου Wilms, για όλες τις καταστάσεις, τα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού έδειξαν ότι το IVIM παρείχε τις χαμηλότερες τιμές AIC, υποδεικνύοντας ότι ήταν το πιο κατάλληλο μοντέλο για αυτά τα δεδομένα διάχυσης. Το Σχήμα 7 δείχνει ένα παράδειγμα του πόσο καλά ταιριάζουν τα μοντέλα στο σήμα διάσπασης της διάχυσης στα ετερόπλευρα δεδομένα φυσιολογικού νεφρού ενός ασθενούς με όγκο Wilms μετά τη χημειοθεραπεία.

Συζήτηση

Αυτή η μελέτη συνέκρινε τέσσερα μοντέλα τουδιάχυση(μονοεκθετικό, IVIM, τεντωμένο εκθετικό και κύρτωση) με βάση το πόσο καλά ταιριάζουν στη διάσπαση του σήματος DWI, σύμφωνα με την AIC. Αυτές οι συγκρίσεις έγιναν στους όγκους Wilms, τόσο πριν όσο και μετά τη χημειοθεραπεία, και στον ετερόπλευρο μη προσβεβλημένο νεφρό, ως μέτρο του φυσιολογικού νεφρικού ιστού. Τα δεδομένα διάχυσης προήλθαν και από το εύρος τιμών 7 και 8 b. Για τα δεδομένα του όγκου του Wilms, αποδείχθηκε ότι το εκθετικό μοντέλο διατάσεως παρείχε την καλύτερη εφαρμογή συνολικά. Αυτό το αποτέλεσμα διατηρήθηκε όταν η ανάλυση περιορίστηκε στην ομάδα μετά τη χημειοθεραπεία. Ωστόσο, όταν η ανάλυση επικεντρώθηκε σε δεδομένα πριν από τη χημειοθεραπεία και όταν διαχωρίστηκε με την απόκτηση τιμής b, δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές μεταξύ του IVIM και της εκθετικής έκτασης, με τα δύο μοντέλα να παρέχουν τις χαμηλότερες τιμές AIC. Επιπλέον, δεν υπήρχαν ιδιαίτερες προτιμήσεις μοντέλου όταν οι όγκοι ομαδοποιήθηκαν κατά ιστολογικό υπότυπο. Για τα φυσιολογικά δεδομένα των νεφρών, το IVIM παρείχε την καλύτερη προσαρμογή σε όλες τις αναλύσεις. Το μονο-εκθετικό μοντέλο αποδείχθηκε ότι είναι το λιγότερο κατάλληλο μοντέλο σύμφωνα με το AIC. παρέχοντας σταθερά σημαντικά υψηλότερες τιμές AIC σε σύγκριση με τα άλλα μοντέλα και για τα δύοΌγκος Wilmsκαι σύνολα δεδομένων φυσιολογικών νεφρών.

Το κύριο εύρημα από αυτήν την έρευνα ήταν ότι τα μοντέλα που δεν ήταν Gauss παρείχαν καλύτερες περιγραφές των δεδομένων διάχυσης σε σύγκριση με τα μονοεκθετικά, τόσο στον όγκο Wilms όσο και στον φυσιολογικό νεφρικό ιστό. Η απόκλιση από μια μονο-εκθετική διάσπαση έχει προηγουμένως επισημανθεί και διερευνηθεί: έχει αποδειχθεί ότι υπήρξε ταχεία μείωση του σήματος σε χαμηλότερες τιμές ακολουθούμενη από μια πιο σταδιακή μείωση σε υψηλότερες τιμές b στο ήπαρ [19]. Αυτή η αρχική μείωση προτάθηκε ότι οφείλεται σε αγγειακή αιμάτωση, καθώς οι χαμηλότερες τιμές b πιστεύεται ότι είναι ευαίσθητες στην εξασθένηση του σήματος από την αιμάτωση [9], καθιστώντας το μοντέλο IVIM κατάλληλο για αυτά τα δεδομένα. Αυτό έχει αποδειχθεί ότι συμβαίνει στον υγιή νεφρικό ιστό [20,21], όπου το σήμα αποδείχθηκε ότι είναι δι-εκθετικό σε αντίθεση με το μονοεκθετικό. καθώς ο νεφρός είναι ένα όργανο με καλή διάχυση. Η παρούσα μελέτη υποστηρίζει αυτά τα ευρήματα καθώς το IVIM ευνοήθηκε έναντι των άλλων μοντέλων στον φυσιολογικό νεφρικό ιστό. Αυτό το εύρημα διατηρήθηκε στο σύνολο δεδομένων φυσιολογικού νεφρού μετά τη χημειοθεραπεία, υποδηλώνοντας ότι η θεραπεία δεν επηρέασε τον φυσιολογικό νεφρικό ιστό με τρόπο που θα μπορούσε να ανιχνευθεί από τα δεδομένα DWI.

Το τεντωμένο εκθετικό μοντέλο προσέφερε καλή εφαρμογή στα δεδομένα όγκου DWI Wilms'. Οι προαναφερθείσες μελέτες για τον καρκίνο του ορθού και τον υγιή ορθικό ιστό[12], τη μετάσταση στα οστά του καρκίνου του προστάτη [13] και τον καρκίνο των ωοθηκών[14], έδειξαν όλες ότι αυτό το μοντέλο παρέχει την καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα DWI σε σύγκριση με το IVIM και το μονοεκθετικό. Το τεντωμένο εκθετικό μοντέλο παρέχει δύο παραμέτρους και το DDC. ενώ η ακριβής φυσιολογική βάση του είναι άγνωστη, πιστεύεται ότι αντιπροσωπεύει την ετερογένεια των ιστών, με μια χαμηλότερη τιμή να υποδηλώνει ένα πιο ετερογενές περιβάλλον [10]. Καθώς ο ιστός του όγκου του Wilms είναι πολύ ετερογενής, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το τεντωμένο εκθετικό μοντέλο περιγράφει καλά αυτά τα δεδομένα.

Εκτός από το τεντωμένο εκθετικό μοντέλο, το IVIM παρείχε εξίσου καλή εφαρμογή στους όγκους Wilms'tumours πριν από τη χημειοθεραπεία, ενώ αυτό δεν συνέβαινε μετά τη θεραπεία. Μετά τη θεραπεία, είναι πιθανό να υπάρξει αύξηση του νεκρωτικού ιστού και συνεπώς μείωση της αιμάτωσης, επομένως το IVIM (ένα μοντέλο που εστιάζει στα αποτελέσματα της αιμάτωσης) μπορεί να γίνει λιγότερο κατάλληλο.

Κανένας συγκεκριμένος ιστολογικός υπότυπος δεν φάνηκε να ευνοεί ένα συγκεκριμένο μοντέλο, ωστόσο, οι αριθμοί σε κάθε ομάδα ήταν μικροί. Επιπλέον, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι ιστολογικοί υποτύποι ορίζονται μετά την ανάλυση μόνο μιας υποενότητας

ολόκληρου του όγκου του όγκου. Οι όγκοι του Wilms είναι πολύ ετερογενείς και σε έναν μόνο όγκο, θα υπάρχουν περιοχές με ξεχωριστά κυτταρικά περιβάλλοντα. Τα voxel εντός αυτών των διακριτών περιοχών μπορεί να έχουν δείξει προτιμήσεις μοντέλων μεταβλητής διάχυσης. Ωστόσο, λόγω έλλειψης προηγμένης ιστολογίας, αυτή η ανάλυση δεν ήταν δυνατή.

Η χρήση μοντέλων που δεν είναι Gaussian μπορεί όχι μόνο να παρέχει καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα αλλά μπορεί επίσης να παρέχει πρόσθετες κλινικές πληροφορίες. Για παράδειγμα, έχει αποδειχθεί ότι το D, από κύρτωση, θα μπορούσε να παρέχει υψηλότερη διαγνωστική ακρίβεια σε σύγκριση με το ADC στη διαφοροποίηση του όγκου από τον μη όγκο στον καρκίνο του παγκρέατος [22]. Επιπρόσθετα, το (εκτεταμένο εκθετικό) είχε υψηλότερα επίπεδα ευαισθησίας και ειδικότητας κατά τη διάκριση μεταξύ αγγειομυολιπώματος ελάχιστου λίπους και καρκινώματος νεφρικών κυττάρων σε σύγκριση με το ADC [23]. Επιπλέον, τόσο το D όσο και το f(IVIM) έχουν δείξει πολλά υποσχόμενα για την ανάδειξη της νεφρικής λειτουργίας, με αμφότερες τις παραμέτρους να σχετίζονται με τον εκτιμώμενο ρυθμό σπειραματικής διήθησης σε άτομα με χρόνια νεφρική νόσο [24]. Επομένως, τα μοντέλα που δεν είναι Gaussian μπορεί επίσης να έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με τη μικροδομή του νεφρικού ιστού.

Ενώ το μονο-εκθετικό μοντέλο δεν προσέφερε την καλύτερη προσαρμογή στα δεδομένα DWI, δεν σημαίνει ότι δεν πρέπει να χρησιμοποιείται κλινικά. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ADC έχει αποδειχθεί ότι είναι κλινικά χρήσιμο στον όγκο Wilms' [4-8]. Επιπλέον, το ADC δεν απαιτεί πολλαπλές τιμές b, κάτι που είναι πλεονέκτημα, καθώς πολλά κέντρα ενδέχεται να μην αποκτήσουν DWI με πολλαπλές τιμές b ως τυπική. Ως εκ τούτου, παρά το γεγονός ότι η παρούσα μελέτη δείχνει μια απόκλιση από μια μονο-εκθετική αποσύνθεση σήματος, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι ενώ το μοντέλο μπορεί να μην είναι ο καλύτερος περιγραφέας των δεδομένων DWI, είναι ωστόσο κλινικά χρήσιμο.

Η μέθοδος για την επιλογή του μοντέλου που παρείχε την καλύτερη προσαρμογή είναι μια πιθανή αδυναμία αυτής της μελέτης. Η AIC λαμβάνει υπόψη την πολυπλοκότητα του μοντέλου και την καλή προσαρμογή και επομένως φάνηκε η κατάλληλη επιλογή για σύγκριση και επιλογή μοντέλων. Είναι σημαντικό να εξετάσετε εάν ένα μοντέλο είναι σαφώς το καλύτερο για ολόκληρο τον ιστό ή εάν υπάρχει μόνο μια μικρή διαφορά μεταξύ των μοντέλων. Αυτό τονίστηκε προηγουμένως από τους Manikis et al. [25] στον καρκίνο του ορθού, όπου αν και η συνολική μονο εκθετική προτιμήθηκε από το IVIM, υπήρχε υψηλή ετερογένεια σε όλο τον ιστό. Αυτό αποδείχθηκε επίσης στο Wilms'tumours στην παρούσα μελέτη, με τα μοντέλα IVIM και εκθετικής έκτασης να επιδεικνύουν καλή προσαρμογή στα δεδομένα. Έχοντας αυτό κατά νου, θα πρέπει να είστε προσεκτικοί προτού ισχυριστείτε ότι ένα συγκεκριμένο μοντέλο ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα, καθώς μπορεί πολλά μοντέλα να είναι σχεδόν ίσα σε ποιότητα τοποθέτησης.

Επιπλέον, η μέγιστη τιμή b των 1000 s/mm² μπορεί να ήταν περιορισμός για το μοντέλο κύρτωσης καθώς γίνεται πιο ευαίσθητο σε υψηλότερες τιμές b [26]. Επομένως, με ένα πιο βελτιστοποιημένο εύρος τιμών b, αυτό το μοντέλο μπορεί να είχε καλύτερη απόδοση από ό,τι με τα τρέχοντα δεδομένα. Ωστόσο, σε μια μελέτη σχετικά με τη σκοπιμότητα της κύρτωσης στους νεφρούς χρησιμοποιήθηκε επίσης το μέγιστο b=1000 s/mm' [27]. Επιπλέον, η παρούσα μελέτη ήθελε να επικεντρωθεί στην προσαρμογή σε κλινικά δεδομένα που αποκτώνται τακτικά τα οποία δεν έχουν εξαιρετικά υψηλές τιμές b. Αυτό το συναίσθημα έχει επίσης προταθεί σε προηγούμενη εργασία, η οποία συνέκρινε το μονο-εκθετικό μοντέλο με την κύρτωση στο ήπαρ χρησιμοποιώντας επίσης ένα μέγιστο b=1000 s/mm² 【28】.

Συνολικά αυτή η μελέτη έδειξε ότι το μονο-εκθετικό μοντέλο δεν ταιριάζει με τα δεδομένα DWwI καθώς και το IVIM, την εκθετική έκταση ή την κύρτωση στον ιστό όγκου Wilms ή στον φυσιολογικό νεφρικό ιστό. Επιπλέον, δεν υπήρχε προτίμηση μοντέλου για

Το IVIM παρείχε την καλύτερη προσαρμογή για τον φυσιολογικό νεφρικό ιστό και στους όγκους Wilms, τόσο το IVIM όσο και το εκθετικό εκθετικό μοντέλο παρείχαν τους καλύτερους περιγραφείς των δεδομένων. Το ADC χρησιμοποιείται συχνά στην κλινική έρευνα και επομένως η υπόθεση είναι ότι Η αποσύνθεση του σήματος είναι μονοεκθετική. Ωστόσο, αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι στον όγκο Wilms και στον φυσιολογικό νεφρικό ιστό, το σήμα DWI δεν παρουσιάζει μονο-εκθετική αποσύνθεση. Επομένως, η χρήση άλλων μοντέλων μπορεί να παρέχει πιο ακριβείς αναπαραστάσεις του υποκείμενου περιβάλλοντος ιστού και οι παραγόμενες παράμετροι μπορεί να παρέχουν κλινικά χρήσιμες πληροφορίες.

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Pastore G, Znaor A, Spreafco F et al (2006) Επίπτωση και επιβίωση κακοήθων νεφρικών όγκων σε παιδιά στην Ευρώπη (1978–1997): αναφορά από το έργο Automated Childhood Cancer Information System. Eur J Cancer 42:2103–2114. https://doi. org/10.1016/j.ejca.2006.05.010

2. van den Heuvel-Eibrink MM, Hol JA, Pritchard-Jones K et al (2017) Έγγραφο θέσης: Σκεπτικό για τη θεραπεία του όγκου Wilms στο πρωτόκολλο UMBRELLA SIOP–RTSG 2016. Nature Rev Urol 14:743–752. https://doi.org/10.1038/nrurol.2017.163

3. Vujanić GM, Sandstedt B, Harms D et al (2002) Revised International Society of Pediatric Oncology (SIOP) εργασιακή ταξινόμηση των νεφρικών όγκων της παιδικής ηλικίας. Med Pediatr Oncol 38:79–82

4. Gawande RS, Gonzalez G, Messing S et al (2013) Ο ρόλος της σταθμισμένης με διάχυση απεικόνισης στη διαφοροποίηση των καλοήθων και κακοήθων παιδιατρικών κοιλιακών όγκων. Pediatr Radiol 43:836–845. https:// doi.org/10.1007/s00247-013-2626-0

5. Aslan M, Aslan A, Habibi HA et al (2017) MRI με βαρύτητα διάχυσης για διαφοροποίηση όγκου Wilms από νευροβλάστωμα. Diagn Interv Radiol 23:403–406. https://doi.org/10.5152/dir.2017.16541

6. Littooij AS, Humphries PD, Olsen ØE (2015) Μεταβλητότητα ενδο- και ενδοπαρατηρητή μετρήσεων συντελεστή φαινομενικής διάχυσης ολόκληρου του όγκου στο νεφροβλάστωμα: μια πιλοτική μελέτη. Pediatr Radiol 45:1651–1660. https://doi.org/10.1007/s00247-015-3354-4

7. Hales PW, Olsen ØE, Sebire NJ et al (2015) Ένα πολυ-Gaussian μοντέλο για ανάλυση ιστογράμματος φαινομενικού συντελεστή διάχυσης του υποτύπου όγκου του Wilms και της απόκρισης στη χημειοθεραπεία. NMR Biomed 28:948–957. https://doi.org/10.1002/nbm.3337

8. Rogers HJ, Verhagen MV, Shelmerdine SC et al (2018) Μια εναλλακτική προσέγγιση στην απεικόνιση με ενισχυμένη αντίθεση: η απεικόνιση με διάχυση και η σταθμισμένη απεικόνιση T1-εντοπίζει και ποσοτικοποιεί τη νέκρωση στον όγκο Wilms. Eur Radiol. https://doi. org/10.1007/s00330-018-5907-z

9. Le Bihan D, Breton E, Lallemand D et al (1988) Separation of difusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging. Radiology 168:497-505. https://doi.org/10.1148/radio logy.168.2.3393671

10. Bennett KM, Schmainda KM, Bennett RT et al (2003) Χαρακτηρισμός των συνεχώς κατανεμημένων ρυθμών διάχυσης του φλοιού νερού με ένα τεντωμένο-εκθετικό μοντέλο. Magn Reson Med 50:727–734. https://doi.org/10.1002/mrm.10581

11. Jensen JH, Helpern JA, Ramani A et al (2005) Απεικόνιση διάχυσης κύρτωσης: η ποσοτικοποίηση της μη γκαουσιανής διάχυσης νερού μέσω απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού. Magn Reson Med 53:1432–1440. https://doi.org/10.1002/mrm.20508

12. Zhang G, Wang S, Wen D et al (2016) Σύγκριση μοντέλων μη-Gaussian και Gaussian διάχυσης σταθμισμένης με διάχυση απεικόνισης του καρκίνου του ορθού σε MRI 3,0 T. Sci Rep. https://doi. org/10.1038/srep38782

13. Reischauer C, Patzwahl R, Koh DM et al (2017) Non-Mono Exponential Analysis of Difusion-Weighted Imaging for Treat ment Monitoring in Prostate Cancer Bone Metastases. Sci Rep. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06246-4

14. Winfield JM, deSouza NM, Priest AN et al (2015) Μοντελοποίηση δεδομένων DW-MRI από πρωτογενείς και μεταστατικούς όγκους ωοθηκών. Eur Radiol 25:2033–2040. https://doi.org/10.1007/s0033 0-014-3573-3

15. Pentang G, Lanzman RS, Heusch P et al (2014) Απεικόνιση διάχυσης κύρτωσης του ανθρώπινου νεφρού: μελέτη σκοπιμότητας. Magn Reson Imaging 32:413–420. https://doi.org/10.1016/j.mri.2014.01.006

16. Caroli A, Schneider M, Friedli I et al (2018) Απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού με στάθμιση διάχυσης για την αξιολόγηση της διάχυτης νεφρικής παθολογίας: μια συστηματική ανασκόπηση και έγγραφο δήλωσης. Nephrol Dial Transplant 33:ii29–ii40. https://doi.org/10.1093/ndt/gfy163