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直肠癌风险管理的“飞跃”

(从左)超声图像,光声显微镜(PAM)/美国图像,以及代表性血毒素 - eosin(H&E)染色物的...... (左起)肿瘤床的超声图像、光声显微镜(PAM)/US图像和代表性苏木精-伊红(H&E)染色。图C:经治疗的肿瘤床伴残癌;图E,治疗肿瘤床无残留肿瘤。

直肠癌和结肠癌一样,是美国的第三种最常见的癌症,治疗和手术极大地影响了患者的生活质量。在圣路易斯华盛顿大学的一支多学科团队开发并测试了一种创新的成像技术,能够在化疗和辐射后与残留癌症的直肠组织和没有肿瘤的人区分,这可能有一天有助于避免不必要的手术一些患者在化学校长后实现了完全肿瘤破坏。

朱青,北京大学生物医学工程学院教授麦凯维工程学院而且,她的实验室的成员使用新的成像技术开发了一个系统 - 声学分辨率的光声显微镜,与超声(AR-PAM / US)共同登记,与“深度学习”人工智能神经网络配对 - 更好能够确定在处理的直肠肿瘤床组织中存在残留肿瘤的存在比其他类型的成像,例如MRI,这通常不能从疤痕组织中辨别残留的癌症。研究结果 - 先前用辐射和化疗患者使用ar-PAM成像的第一种可行性研究 - 在期刊上发表的辐射和化疗放射学2021年3月23日。

“我们的PAM /美国系统与深度学习的神经网络配对有很大的潜力,可以更好地识别适合非手术管理的患者,提高患者的生活质量,”朱镕基说。“如果我们能够在没有残留肿瘤的患者可能具有良好反应的辐射和化疗后,请患者可能能够避免手术。”

朱教授也是北京大学的放射学教授医学院冷宪东(与2020年获得麦凯维工程生物医学工程博士学位的西哈布·乌丁共同撰写论文的第一作者);张洪波罗;、四口,进行为期一年的前瞻性研究直肠癌巴恩斯医院接受治疗的患者在圣路易斯医学院临床医生马修帽子之一种,医学博士,梭伦和贝蒂Gershman椅子在结肠和直肠手术,部分结肠和直肠手术和手术教授;欧宝是什么软件小威廉·查普曼,医学博士,外科住院医师。Steven R. Hunt,医学博士,外科副教授;Anup Shetty,医学博士,放射学助理教授;Deyali Chatterjee,医学博士,病理学和免疫学助理教授;Michelle Cusumano,结肠和直肠外科的研究协调员,也对研究做出了重要贡献,Zhu说。

查普曼说,当诊断有不确定性时,当前的治疗呼吁去除直肠组织,这导致对没有活跃癌症的患者进行的手术。手术的副作用可包括约30%的患者的伤口并发症,慢性疼痛和永久性色调。由于目前的成像敏感性差,因此没有手术的患者必须有季度侵入性考试。

查普曼说,在开发用于患者研究的原型之前,该团队已经花了三年多的时间在手术切除的结肠和直肠标本上研究这项技术,并取得了令人满意的结果。

他说:“我们希望AR/PAM提供的改进的成像技术将显著提高我们区分残留肿瘤患者和那些不用手术就完全治愈的患者的能力。”“通过避免病态、不必要的手术和减少监测测试的负担,光声成像可能是目前治疗局部浸润性直肠癌的一个飞跃。”

在本研究中,患者在完成化疗和放疗后,使用朱氏实验室研制的手持式直肠内激光探头进行PAM/US成像。探头有一个旋转的头部,可以360度成像直肠,结肠的最后6英寸。每秒钟拍摄一张图像的探针的末端被一个小乳胶气球覆盖,这个气球被水充气,可以将超声和光声波传输到直肠壁。这些波突出了组织中血管系统的变化以及新肿瘤的生长。成像程序增加了患者在麻醉下大约20分钟的时间。

冷锋自2017年起就一直致力于这个项目,他在系统和软件开发方面发挥了重要作用。他设计并制造了AR/PAM内窥镜——这是同类产品中的第一个——并对系统进行编程,以获取数据、处理和实时显示图像。

“从非常初步的体外数据,我的设置清楚地揭示了超声图像的多层结构和正常结肠组织粘膜下层丰富的血管,”冷说。“与正常组织相比,恶性肿瘤床缺乏多层结构和血管。这一重要发现可能揭示了患者对化疗和放疗的治疗反应的一个重要特征。”

在第一阶段的研究中,研究小组使用数据从2000多道程序组织标本图像从22位患者训练神经网络,基于人工智能的算法类似于人类大脑运作,识别正常和癌变结直肠组织。在第二阶段,他们使用了10名曾经接受过化疗和放疗的患者活体组织的图像。其中五名患者的数百张图像被用于微调神经网络,五名患者的数百张图像被保留用于测试。

由Uddin设计和开发的深度学习PAM模型,正确地预测了所有5名接受过影像学检查的患者的癌症状态,而MRI图像错误地对5名患者中的3名进行了分类,仅使用超声波的深度学习模型错误地宣布3名患者没有癌症。

穆奇说,该团队对结果非常乐观。

他说:“这是一个惊人的消息,它使我们在从概念向临床有用的技术过渡方面更近了一步。”“希望它能让我们区分对化疗和放疗完全有反应的患者和残留肿瘤的患者。这将有助于更好地确定哪些患者可以非手术治疗,哪些患者真正需要手术治疗。”

展望未来,该团队计划进行临床研究,以确认这些初始结果在一大群直肠癌患者中完成化疗和辐射,并在治疗后接受手术或遵循患者。