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 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，可與化療聯合治療。但往往由于腫瘤狀態的不停變化，放療的效果會隨之起伏，所以在治療期間反復監測個體腫瘤的血流動力學狀態可以為治療結果提供預測信息。但因為沒有合適的技術，腫瘤的血流動力學監測并沒有被納入進日常檢查。此實驗目的在于研究使用近紅外方法監測頭頸部鱗狀腫瘤血流動力學的準確性。
 

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研究方法
 

2.1、實驗被試

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。根據放療后一年的結果，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（出現遠處轉移或局部復發）（18人）。
 

2.2、實驗過程

在治療前，大多數患者通過免疫組織化學檢查 HPV-16 狀態。通過 MRI 或 CT 成像確定臨床受累的最大頸部淋巴結作為測量目標，然后量化腫瘤淋巴結體積和位置。光學測量包括在作為基線的治療前測量和在 7 周的整個治療期內每周測量（圖1）。在每次光學測量之前，使用超聲機驗證腫瘤節點的位置和大小。

圖1. 實驗整體流程。
 

2.3、數據采集和處理

使用Imagent (ISS) 進行光學測量。在每次測量之前，Imagent 系統在具有已知光學特性（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的皮膚上連續進行光學測量 （圖2）以 0.25 Hz 的采樣率持續 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據被平均，并且平均值被用于代表腫瘤/肌肉光學特性和血流動力學。

圖2. 使用混合Imagent/DCS儀器進行光學測量。
 

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實驗結果
 

3.1、預測治療結果的腫瘤血流動力學參數的準確性

在 HPV-16 陽性患者中，[HbO2]提供了第 1 周和第 3 周治療結果的最佳預測。THC 和 StO2 也顯示出對第 3 周治療結果的中等預測。在 HPV-16 陰性患者中，BFI 和 μs0 分別為第 3 周的治療結果提供了極好的預測。
 

3.2、HPV-16 陽性和陰性患者腫瘤血流動力學反應和治療結果的比較

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測量光學參數沒有顯著差異。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、腫瘤淋巴結大小、腫瘤上方皮膚組織厚度等方面無顯著差異，但在原發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。
 

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實驗結論

本研究的近紅外光學測量顯示了在頭頸癌患者早期（在治療的前 3 周內）預測放化療的前景。由于 HPV-16 狀態影響腫瘤對治療的反應，因此需要根據 HPV-16 狀態對患者進行亞組，以提高治療結果的預測準確性。需要更多的患者來提高數據分析的統計能力，開發集成多個參數的預測模型以進一步提高預測準確性，并找到驗證分類器的參數的最佳閾值。此外，預計對放化療有 IR 的患者可能會被引導到替代療法（例如，手術切除腫瘤），從而減少與放化療相關的副作用。基于放化療期間頻繁光學測量的腫瘤特性/血流動力學的動態修改也有望單獨優化治療結果。

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