頭頸部腫瘤血流動力學(xué)的漫射光學(xué)測量用于早期預(yù)測放化療結(jié)果

1.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(fù)監(jiān)測個體腫瘤的血流動力學(xué)狀態(tài)可以為治療結(jié)果提供預(yù)測信息。但因為沒有合適的技術(shù)，腫瘤的血流動力學(xué)監(jiān)測并沒有被納入進日常檢查。此實驗?zāi)康脑谟谘芯渴褂媒t外方法監(jiān)測頭頸部鱗狀腫瘤血流動力學(xué)的準確性。

2.研究方法

2.1 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(jié)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(zhuǎn)移或局部復(fù)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(xué)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(jié)作為測量目標，然后量化腫瘤淋巴結(jié)體積和位置。光學(xué)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(nèi)每周測量（圖1）。在每次光學(xué)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(xué)測量。在每次測量之前，Imagent 系統(tǒng)在具有已知光學(xué)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(jié)的皮膚上連續(xù)進行光學(xué)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(xué)特性和血流動力學(xué)

圖2. 使用混合Imagent/DCS儀器進行光學(xué)測量

3.實驗結(jié)果

3.1 預(yù)測治療結(jié)果的腫瘤血流動力學(xué)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(jié)果的最佳預(yù)測。THC 和 StO2 也顯示出對第 3 周治療結(jié)果的中等預(yù)測。在 HPV-16 陰性患者中，BFI 和 μs0 分別為第 3 周的治療結(jié)果提供了極好的預(yù)測。

3.2 HPV-16 陽性和陰性患者腫瘤血流動力學(xué)反應(yīng)和治療結(jié)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(xué)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(jié)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。

4.結(jié)論

本研究的近紅外光學(xué)測量顯示了在頭頸癌患者早期（在治療的前 3 周內(nèi)）預(yù)測放化療的前景。由于 HPV-16 狀態(tài)影響腫瘤對治療的反應(yīng)，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(jié)果的預(yù)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(yù)測模型以進一步提高預(yù)測準確性，并找到驗證分類器的參數(shù)的最佳閾值。此外，預(yù)計對放化療有 IR 的患者可能會被引導(dǎo)到替代療法（例如，手術(shù)切除腫瘤），從而減少與放化療相關(guān)的副作用?；诜呕熎陂g頻繁光學(xué)測量的腫瘤特性/血流動力學(xué)的動態(tài)修改也有望單獨優(yōu)化治療結(jié)果。

5.文獻名稱及DOI號

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