Evaluation neuer funktioneller MR-Techniken zum Therapiemonitoring beim Rektum-Karzinom unter Radiochemotherapie
Final Report Abstract
An moderne Therapiewirkmechanismen angepasste Bildgebung ist erforderlich, um Tumoransprechen besser beurteilen zu können. Bislang wird für verschiedene Tumorentitäten postuliert, mit der diffusionsgewichteten Bildgebung frühzeitig Aussagen über das Ansprechen treffen zu können. Für das Rektumkarzinom liegen aktuelle Studien vor, die eine Vorhersagemöglichkeit von Ansprechen zeigen: analog zu anderen bislang untersuchten Tumoren ist ein Anstieg des Diffusionskoeffizienten D kennzeichnend für Therapieerfolg. Einige Veröffentlichungen jedoch zeigen im Widerspruch einen Diffusionswerteabfall. Eine mögliche Ursache für stark abweichende Ergebnisse der Diffusionswertänderung in der Literatur kann eine therapiebedingte inhomogene Änderung (z.B: Entzündungsreaktion) der Tumorperfusion sein. Der Anteil der Perfusion f am gemessenen Diffusionswert D lässt sich nun mit neueren funktionellen MR Methoden, der IVIM, Intravoxelincoherent Motion, Analyse messen. Ziel unserer Studie war, geeignete Protokolle in der MRT zur funktionellen Bildgebung mittels Diffusion zu entwickeln, diese mit unterschiedlichen Kriterien für das Tumoransprechen (T-Downstaging und Volumen) zu korrelieren. Hierzu wurden Rektumkarzinompatienten mit neoadjuvanter Radiochemotherapie vor und unter Therapie untersucht, sowie Patienten, bei denen keine neoadjuvante Therapie erfolgte. Diffusion D und Perfusionsfraktion f wurde in unserer Studie für das gesamte Tumorvolumen bestimmt. Über einen Zeitraum von 28 Monaten wurden Patienten mit Rektumkarzinom im Stadium T3-T4 vor Operation und unter Radio Chemotherapie untersucht. Die Diffusionswerte D der Rektumkarzinome vor Therapie lagen sämtliche in einem sehr engen Bereich. Unter Therapie konnte ein signifikanter Anstieg von D beobachtet werden, das Tumorvolumen sank signifikant, das T-downstaging jedoch zeigte keine signifikante Korrelation mit dem Diffusionsparameter. Daher ist es unwahrscheinlich, dass widersprüchliche Ergebnisse in der Literatur zum Vorhersagewert von ADC-Wert Änderungen in Rektumkarzinomen unter Radiochemotherapie für Patienten durch veränderte Perfusionsverhältnisse hervorgerufen werden. Unsere Daten unterstützen vielmehr die Beobachtung, dass unter einer effizienten Therapie diffusionsassoziierte Parameter D ansteigen. Um die biologischen Phänomene, die den Diffusionswertveränderungen zugrunde liegen besser zu verstehen, wurde eine immunhistochemische Untersuchung der operierten Tumore und dem angrenzenden gesunden Gewebe vorgenommen. Die Diffusionswerte, der pröoperativradiochemotherapierten sowie nicht präoperativ vorbehandelter Patienten wurden mit immunhistochemischen Markern wie Zellularität C, Vesselareafraction und Gefäßdurchmesser korreliert. Unter Anwendung der IVIM Analyse zur Bestimmung der Diffusion D und der Perfusionsfraktion f konnten für Patienten mit und ohne neoadjuvanter Therapie 36 Korrelationen für Karzinomgewebe, Rektumwand und Fett überprüft werden. Lediglich 4 Korrelationen wurden gefunden. Wider Erwarten korrelierte D nicht mit der Zellularität, obwohl die Zahl der Zellkerne C am höchsten im Tumorgewebe war. Diese fehlende Korrelation lassen die Diffusionparameter als Biomarker hierfür ungeeignet erscheinen. Diese Ergebnisse sind vermutlich bedingt durch die Heterogenität der Mikrostrukturen. Für Patienten mit Radiochemotherapie ist das Fehlen von Korrelationen zwischen Diffusionsparametern und Histologie ein Hinweis auf die therapiebedingten inhomogenen Veränderungen, wie Fibrose und Feingewebsnekrose, die Veränderung der Kapillardurchblutung und Gefäßpermeabilität. Schlussfolgernd können mittels diffusionsgewichteter MRT der Diffusionskoeffizient D und die Perfusionsfraktion f im Rektum-Karzinom, der Rektumwand und den angrenzenden Geweben bestimmt werden.D korreliert mit der Volumenabnahme des Tumors unter Therapie. Die Perfusionsfraktion f zeigt keine signifikante Veränderung unter Therapie. Die Diffusionsparameter haben keinen prädiktiven Wert für das T-Downstaging der Tumore. Als Biomarker für die untersuchten histomorphologischen ParameterZellularität, Vascularareafraction und Gefäßdurchmessersinddie Diffusionsparameter wenig geeignet. Vielmehr belegt die in dieser Studie gefundene nur geringe Anzahl von immunhistochemischen Korrelationen die starke Abhängigkeit der diffusionsgewichteten Bildgebung von der Mikroumgebung mit unterschiedlichen pathophysiologischen Einflüssen. Die den in der MRT gemessenen Parametern zugrundeliegenden Veränderungen auf zellularer Ebene sind aktuell noch nicht hinreichend geklärt.
Publications
- The role of perfusion effects in monitoring of chemoradiotherapy of rectal carcinoma using diffusion-weighted imaging. International Cancer imaging Society Congress Oxford 10/2012
Ganten M, Schuessler M, Bäuerle T, Muenter M, Schlemmer H-P, Jensen A, Brand K, Dueck M, Dinkel J, Fritzsche K. H., Kopp-Schneider A, Stieltjes B
- Diffusion-weighted imaging in rectal carcinoma patients without and after chemoradiotherapy: a comparative study with histology. Eur J. Radiol. 2013 Mar;82(3):444-52
Bäuerle T, Seyler L, Muenter M, Jensen A, Brand K, Fritzsche KH, Kopp-Schneider A, Schuessler M, Schlemmer HP, Stieltjes B, Ganten M
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2012.10.012) - The role of perfusion effects in monitoring of chemoradiotherapy of rectal carcinoma using diffusion weighted imaging. Cancer Imaging 2013; 13 (4), 548-556
Ganten M, Schuessler M, Bäuerle T, Muenter M, Schlemmer H, Jensen A, Brand K, Dueck M, Dinkel J, Kopp-Schneider A, Fritzsche K, Stieltjes B
(See online at https://doi.org/10.1102/1470-7330.2013.0045)
