Minimal invasive imaging of the tumoral micro-environment in squamous cell carcinoma of the head and neck: value of diffusion-weighted and dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging for tumour detection, regional staging and treatment follow-up

Het globale doel van de thesis was om de waarde te evalueren van dynamis che contrast- (DCE-MRI) en diffusiegewogen magnetische resonantie (DWI) in de karakterisatie van lymfeklieren, de differentiatie van post-radiot herapie necrose en inflammatie van tumorrecidief en de vroegtijdige voor spelling van het therapieresultaat in het spinocellulair carcinoom van h et hoofd-halsgebied. Terwijl DWI onderzocht werd voor lymfeklierstadiëring, differentiatie va n het post-radiotherapie tumorrecidief en therapiepredictie, werd voor D CE-MRI de nadruk gelegd op therapie follow-up en -predictie. Voor de pretherapeutische studie met betrekking tot lymfeklierdifferenti atie werden 33 patiënten geïncludeerd, voor wie DWI in de eerste plaats werd vergeleken met conventionele MRI. DWI, gekwantificeerd door de appa rent diffusion coefficient (ADC), toonde een significant hogere sensitiv iteit dan conventionele MRI voor de detectie van lymfeklier-metastasen ( per nekzone: 94% vs. 57%, p<0.0001) met een gelijkaardige specificiteit (per nekzone: 97% vs. 95%). Hierbij maakte conventionele MRI gebruik van lymfeklierdiameter en morfologische klierafwijkingen ter differentiatie . Vergeleken met conventionele MRI veranderde DWI correct de lymfekliers tadiëring in 13 van de 33 patiënten (39%). Het grootste voordeel van DWI lag in de detectie van subcentimetrische lymfekliermetastasen tot een m inimale diameter over de kortste as van 4 mm, waarbij voor DWI een signi ficant hogere sensitiviteit werd bekomen in vergelijking met conventione le MRI (per lymfeklier: 76% vs. 7%). In een kleinere studiepopulatie van 11 patiënten toonde DWI een hogere sensitiviteit dan fluoro-deoxy-gluco se positron emission tomography/computer tomografie (FDG-PET/CT) voor ly mfeklierdifferentiatie (per nekzone: 96% vs. 67%). Hoewel DWI de differe ntiatie van kleine lymfeklieren als belangrijkste voordeel heeft, laat d e spatiële resolutielimiet de detectie van metastatische deposities klei ner dan 4 mm - en dus micrometastasen - niet toe. De belangrijkste toegevoegde waarde van DWI in de pre-operatieve situatie lijkt de stadië ring van de contralaterale nek te zijn in tumoren die over of dicht op d e midlijn uitbreiden en voor de detectie van skip metastasen in de lag ere nekzones bij mondholtetumoren. In geval van radiotherapieplanning ka n de verbeterde karakterisatie van lymfeklieren leiden tot een hogere co nformiteit tussen het doelvolume van de bestraling en de regionale tumor uitbreiding. Dit kan enerzijds leiden tot een verbeterde regionale tumor controle en anderzijds tot een daling van de therapie-geïnduceerde neven werkingen. In een tweede correlatieve studie met histopathologie in 26 patiënten di e chirurgie ondergingen voor een mogelijk recidief na chemoradiotherapie toonde DWI een hogere accuraatheid dan DCE-MRI voor de differentiatie v an tumorrecidief met necrose en inflammatie (primaire tumoursite: 97% vs . 82%; lymfeklieren: 88% vs. 76%). De hogere accuraatheid van DWI t.o.v. DCE-MRI kon teruggebracht worden op lagere vals positieve ratio secunda ir aan inflammatie, en aan de hogere sensitiviteit van DWI als gevolg va n het hogere beeldcontrast dewelke de detectie van kleine letsels toelaa t. DWI leverde complementaire informatie aan CT en conventionele MRI en FDG-PET door de vals positieve ratio te verlagen en persisterende of rec idief tumor uit te sluiten in ulceraties of vergrote adenopathieën meer dan 4 maand na het beëindigen van de chemoradiotherapie. Evenals in de e erste studie, verbeterde DWI de detectie van subcentimetrische lymfeklie rmetastasen. De hoge sensitiviteit en negatieve predictieve waarde van D WI kan behulpzaam zijn om invasieve diagnostische procedures te vermijde n in persisterende letsels en om de locoregionale stadiëring te vervolle digen, meer bepaald de identificatie van lymfeklier-metastasen en dus he t helpen bepalen van de uitbreiding van de geplande nekdissectie. Semi-k wantitatieve analyse van de DCE-MRI was minder accuraat dan DWI, vooral in het uitsluiten van tumoraal weefsel in persisterende letsels. Dit bep erkt de rol van DCE-MRI als diagnostische techniek in de post-chemoradio therapeutische evaluatie van het hoofd-halsgebied. Evenwel kan DCE-MRI n uttig zijn wanneer deze gebruikt wordt in combinatie met andere function ele technieken, zoals DWI. De waarde van functionele MRI-technieken voor vroegtijdige therapie foll ow-up werd arbitrair opgedeeld in beeldvorming gedurende, respectievelij k vroegtijdig na chemo-radiotherapie. Predictieve beeldvorming gedurende chemoradiotherapie zou nuttig kunnen zijn om de therapie aan de individ uele situatie van de patiënt aan te passen, terwijl beeldvorming vroegti jdig na chemoradiotherapie als doel heeft om vroegtijdig patiënten te se lecteren die aanvullende chirurgie nodig hebben na het beëindigen van de chemoradiotherapie. Bij eenendertig patiënten met lokaal gevorderd hoofd-hals spinocellulair carcinoom werd een DWI en DCE-MRI uitgevoerd op 2 en 4 weken gedurende de chemoradiotherapie. DWI was accurater dan seriële volumetrische metin gen en DCE-MRI voor de differentiatie van therapiegevoelige en therapier esistente primaire tumoren en lymfekliermetastasen (primaire tumor 2 wek en: DWI=94% vs. conventionele MRI=65% vs. DCE-MRI=87%; adenopathieën 2 w eken: DWI=87% vs. conventionele MRI=56% vs. DCE-MRI=56%; primaire tumor 4 weken: DWI=94% vs. conventionele MRI=61% vs. DCE-MRI=72%; adenopa thieën: DWI=93% vs. conventionele MRI=63% vs. DCE-MRI=59%). Terwijl volu metrische metingen een relatief hoge negatieve predictieve waarde vertoo nden voor de exclusie van letsels met risico op ziekterecidief, belette de lage positieve waarde de vroegtijdige identificatie van patiënten die baat zouden kunnen hebben bij therapieaanpassing. De belangrijkste toeg evoegde waarde van DWI was terug te brengen op het vroegtijdig herkennen van therapierespons in letsels die geen volumeafname vertoonden en dus het verbeteren van de positief predictieve waarde. Bovendien verbeterde DWI de identificatie van letsels die een onvolledige therapierespons had den en tegelijkertijd toch een belangrijke doch onvolledige volumeafname vertoonden. DCE-MRI leverde geen toegevoegde informatie voor vroe gtijdige evaluatie van therapierespons. Mogelijks is dit gedeeltelijk wi jten aan de radiotherapie-geïnduceerde inflammatie. Multivariaat analyse toonde dat DWI 2 en 4 weken gedurende chemoradiothe rapie een onafhankelijke predictor was voor de 2-jaars locoregionale con trole, terwijl dit niet het geval was voor volumetrie en DCE-MRI. Indien therapiestrategieën zoals dosisescalatie, weefselspecifieke systemische antitumorale geneesmiddelen of radio-sensibele medicatie beschikbaar ko men, dan zou DWI kunnen helpen om patiënten uit te selecteren voor derge lijke bio-adaptieve therapieën. Verder onderzoek in een grotere patiënte ngroep is bezig om de gevonden resultaten te bevestigen. In een studie met 29 patiënten werd een DWI en DCE-MRI uitgevoerd vóór e n 3 weken na het beëindigen van de chemoradiotherapie. De accuraatheid v an beide functionele technieken werd vergeleken met conventionele MRI op 3 weken na het beëindigen van chemo-radiotherapie en met de routinemati g uitgevoerde CT gemiddeld 3 maand na het beëindigen van de therapie. DC E-MRI kon geen significant verschil aantonen tussen letsels die een late r tumorrecidief vertoonden en letsels met volledige remissie 2 jaar na h et beëindigen van de chemoradiotherapie. DWI was accurater dan conventio nele MRI en CT voor therapie-evaluatie van de primaire tumorlokalisatie (DWI=97% vs. TSE-MRI=80% vs. CT= 87%) en lymfekliermetastasen (per nekzi jde: DWI=89% vs. TSE-MRI=67% vs. CT=75%). Voor de primaire tumorlokalisa tie verbeterde DWI vooral de positieve predictieve waarde in vergelijkin g met conventionele MRI en CT. Als dusdanig kan DWI nuttig zijn voor de vroegtijdige selectie van patiënten met verhoogd risico op later tumorre cidief en die dus nood hebben aan bijkomende chirurgie. Tijdige selectie van patiënten voor vroegtijdige chirurgie kan leiden tot een verbeterde lokale controle en patiëntoverleving voor T3-T4 niet-laryngeale tumoren . Voor de evaluatie van lymfekliermetastasen verbeterde DWI zowel de pos itieve als de negatief predictieve waarde in vergelijking met convention ele MRI en CT. DWI toonde een zeer hoge negatieve predictieve waarde dew elke op een betrouwbare wijze de uitsluiting van persisterende tumor toe liet, ook in patiënten met persisterende vergrote adenopathieën. Daardoo r zou DWI nuttig kunnen zijn voor de selectie tussen patiënten die baat kunnen hebben van een bijkomende chirurgische nekdissectie of patiënten bij wie een afwachtende houding gewettigd is. Hoewel de positieve predic tieve waarde van conventionele MRI en CT sterk werd verbeterd door DWI, is verdere oppuntstelling van de techniek nodig teneinde het aantal vals positieven in subcentimetrische lymfeklieren verder te beperken. In een laatste studie werd de inter- en intraobserver variabiliteit van de manuele aflijningen voor ADC-berekening in lymfeklieren vergeleken tu ssen 2 observatoren met ervaring in hoofd-hals DWI. Statistische analyse toonde een hoge correlatie voor zowel de inter- als de intraobserver va riabiliteit (inter-observer: R2 = 0.79, slope=0.84; intraobserver: R2 = 0.88, slope=0.97). Ook werd de directe berekening van de ADC van de uitgemiddelde aflijning en op de natieve diffusiegewogen beelden (NATIVE groep) vergeleken met d e waarden bekomen uit de gecoregistreerde pixelgebaseerde ADC-map (ADCMA P groep), voor variabiliteit tussen de aflijningen in 1 observator. Prel iminaire resultaten duiden aan dat de standaarddeviatie van het verschil tussen de herhaalde metingen 5.9 x 10-5 was voor de NATIVE groep, terwi jl de standaarddeviatie van het verschil tussen de herhaalde metingen in de ADCMAP groep ongeveer 40% hoger was (8.3 x 10-5). Dit suggeree rt dat ADC-berekening van aflijningen op de natieve diffusiegewogen beel den meer reproduceerbaar en betrouwbaar zijn dan deze bekomen van de pix elgebaseerde ADC-map. Hieruit kan worden geconcludeerd dat, hoewel een h oge overeenkomst in observaties kan worden bekomen, strikte standaardisa tie van de beeldinterpretatie nodig is om de toepassing van DWI verder u it te breiden in de hoofd-hals oncologie. Momenteel is voor hoofd-hals D WI training en een minimale expertise noodzakelijk; daardoor blijft het gebruik beperkt tot centra met een hoge doorstroming van hoofd-hals onco logische pathologie. Aangezien het vrij eenvoudig is de techniek te inte greren in het standaard beeldvormingsprotocol zonder belasting van de pa tiënt, zou er een makkelijke toegang voor verder onderzoek moeten zijn. Verdere standaardisatie zou in de toekomst moeten leiden tot een makkeli jker beeldinterpretatie en meer verspreid gebruik van deze niet-invasiev e techniek.

Publication year:2010

Accessibility:Open