Μελέτη με MRI μετακτινικών αλλοιώσεων στα οστά ασθενών με μεταστατικούς ή πρωτοπαθείς όγκους που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία

Abstract

INTRODUCTION - OBJECTIVES:Bone marrow can be affected by lymphoproliferative disorders and metastatic disease but also byseveral therapeutic approaches. MRI is the most suitable method for the detection of metastases andpost-treatment follow-up. Image analysis techniques are now used to extract additional diagnosticinformation. This study focuses on the early radiation-induced changes that can be detected by MRIand compares the established methods for the identification and characterization of these lesions withan automated classification system.METHODS: 36 patients with histologically confirmed primary malignancy and associated bonemetastases were included in the study. All patients underwent radiation therapy (RT) to treat bonemetastases to the spinal column or the pelvis. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed justbefore the start of RT, 12 to 18 days and up to 3 months after the start of RT. Images were obtained within, adjacent and outside the radiation field. Qualitative assessment was performed independentlyby two experienced radiologists. For quantitative assessment, specific measurements were selectedand evaluated by the method of the region of interest (ROI). In addition, textural features of 1st and 2ndclass were exported and inserted into a probabilistic neural network classifier, in order to create anautomatic classification system for these lesions.RESULTS: Following qualitative and quantitative assessment, within the radiation field, 22.22% and33.33% of patients respectively showed fatty conversion of the bone marrow, 19.44% and 16.67% ofpatients showed haemorrhage, while 11.11% and 16.67% of the patients demonstrated bone marrowoedema. Adjacent to the radiation field, 11.11% and 19.44% of patients showed fatty conversion,8.33% showed haemorrhage, while 2.78% and 8.33% demonstrated bone marrow oedema. Outside ofthe radiation field, 5.56% of patients showed changes compatible with fatty conversion, while theremaining 94.44% showed no significant change.There was no statistically significant change of the enhancement index after gadolinium administration.In multivariate analysis, none of the studied parameters did not appear to affect significantly theappearance of any of the radiation-induced lesions.The largest overall classification accuracy of the system designed to distinguish between the preradiationand radiation-induced images was 93.02% using the LSFT-PNN classification system ofmultiple sequences and the ECV method. Discrimination accuracy of the classification systemdesigned to distinguish between the three main types of post-radiation lesions was 86.67%.CONCLUSIONS: This study shows that a significant proportion of patients undergoing RT willexperience at least one of the common radiation-induced bone marrow changes. Fatty marrowconversion is the most often featured change in the examined period. Qualitative analysis of the MRIimages lacks sensitivity comparing to quantitative measurements. The proposed classification system,based on the neural network, can be used as a very helpful tool for the characterization of theselesions.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ – ΣΚΟΠΟΣ: Ο μυελός των οστών επηρεάζεται από λεμφοϋπερπλαστικές διαταραχές,μεταστατική νόσο, αλλά και από διάφορες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Η μαγνητική τομογραφία είναι ηπιο κατάλληλη μέθοδος για την ανίχνευση των μεταστάσεων και την παρακολούθηση μετά τηθεραπεία. Τεχνικές ανάλυσης εικόνας χρησιμοποιούνται επιπλέον προκειμένου να αντλήσουμεπρόσθετες διαγνωστικές πληροφορίες. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στις πρώιμες αλλαγές πουπροκαλούνται στον οστικό μυελό μετά από ακτινοβόληση και συγκρίνει καθιερωμένες μεθόδους για τηνταυτοποίηση και τον χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών με τη χρήση ενός αυτοματοποιημένουσυστήματος ταξινόμησης.ΜΕΘΟΔΟΙ: 36 ασθενείς με ιστολογικά επιβεβαιωμένη πρωτοπαθή κακοήθεια και οστικές μεταστάσειςσυμπεριλήφθηκαν στη μελέτη. Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε ακττινοθεραπεία για τηναντιμετώπιση οστικών μεταστάσεων στη σπονδυλική στήλη ή τη λεκάνη. Η μαγνητική τομογραφίαπραγματοποιήθηκε ακριβώς πριν, 12 έως 18 ημέρες και 3 μήνες μετά την έναρξη της ακτινοθεραπείας.Ελήφθησαν εικόνες εντός, πλησίον και εκτός του πεδίου ακτινοβόλησης. Η ποιοτική αξιολόγησηπραγματοποιήθηκε ανεξάρτητα από δύο έμπειρους ακτινολόγους. Για την ποσοτική αξιολόγηση,συγκεκριμένες μετρήσεις επιλέχθηκαν και αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο της περιοχής ενδιαφέροντος.Επιπλέον, χαρακτηριστικά υφής 1ης και 2ης τάξης εξήχθησαν και τοποθετήθηκαν σε ένα πιθανοτικόνευρωνικό δίκτυο, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα σύστημα αυτόματης ταξινόμησης των βλαβών.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Σύμφωνα με την ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση, εντός του πεδίου ακτινοβολίας22.22% και 33.33% των ασθενών αντίστοιχα παρουσίασε λιπώδη μεταστροφή του μυελού, 19.44% και16.67% των ασθενών παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 11.11% και 16.67% των ασθενών εμφάνισε οίδηματου οστικού μυελού. Παρακείμενα του πεδίου ακτινοβόλησης 11.11% και 19.44% των ασθενώνπαρουσίασε λιπώδη μεταστροφή, 8.33% παρουσίασε αιμορραγία, ενώ 2.78% και 8.33% έδειξε οίδηματου μυελού των οστών. Εκτός του πεδίου ακτινοβολίας 5.56% των ασθενών παρουσίασαν αλλαγέςσυμβατές με λιπώδη μεταστροφή, ενώ το υπόλοιπο 94.44% δεν έδειξε σημαντικές μεταβολές.Δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική μεταβολή του δείκτη σκιαγραφικής ενίσχυσης μετά τη χορήγησηγαδολινίου. Με βάση την πολυπαραγοντική ανάλυση, καμία από τις παραμέτρους που μελετήθηκανδεν φάνηκε να επηρεάζει στατιστικά σημαντικά την εμφάνιση οποιασδήποτε από τις μετακτινικέςαλλοιώσεις.Η μέγιστη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του συστήματός μας, ως προς τη διάκριση μεταξύ προ καιμετακτινικών εικόνων ήταν 93.02%, με χρήση του συστήματος ταξινόμησης LSFT - PNN και τηςμεθόδου ECV. Η ακρίβεια του συστήματος στη διάκριση μεταξύ των τριών κυρίων τύπων τωνμετακτινικών βλαβών ήταν 86.67% .ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η παρούσα μελέτη δείχνει ότι σημαντικό ποσοστό των ασθενών πουυποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία θα εμφανίσει τουλάχιστον μία από τις κοινές μετακτινικές μεταβολέςτου οστικού μυελού. Η λιπώδης μεταστροφή του μυελού είναι η πιο συχνά εμφανιζόμενη πρώιμημεταβολή. Η ποιοτική ανάλυση των εικόνων μαγνητικής τομογραφίας υστερεί σε ευαισθησία σεσύγκριση με τις ποσοτικές μετρήσεις. Το βασζόμενο σε νευρικό δίκτυο προτεινόμενο σύστηματαξινόμησης μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο εργαλείο για το χαρακτηρισμό αυτών των βλαβών .