Novel Radiomic Measurements of Tumor- Associated Vasculature Morphology on Clinical Imaging as a Biomarker of Treatment Response in Multiple Cancers

要約

目的：腫瘍血管は健康な血管とは異なり、その混沌とした構造とねじれにより、治療抵抗性を促進する。このような特性の違いを測定することで、化学療法などの全身療法が有効かどうかで患者を層別化できる可能性がある。本研究では、定量的腫瘍関連血管像（QuanTAV）特徴と呼ばれる新しいカテゴリーの放射線バイオマーカーを提示し、複数のがん、画像診断法、および治療レジメンにわたって奏効と生存を予測する能力を実証する。 実験デザイン乳がん（n=371）または非小細胞肺がん（NSCLC、n=187）に対する4つの第一選択化学療法に基づく治療介入戦略のうち1つを受けた患者558人の治療前のルーチン放射線検査（CTまたは造影MRI）において腫瘍血管をセグメント化し、ねじれと組織の数学的測定を計算した。 結果4つの化学療法に基づく治療戦略において、QuanTAVの測定値による分類は、ホールドアウトテストコホートのみにおいて有意に（p<.05）反応を予測し（AUC=0.63-0.71）、有意な臨床変数のモデルのみに追加するとAUCが0.06-0.12増加した。QuanTAVリスクスコアは、乳癌に対する化学療法（p=0.002, HR=1.25, 95% CI 1.08-1.44, C-index=.66） およびNSCLCに対する化学放射線療法（p=0.039, HR=1.28, 95% CI 1.01-1.62, C-index=0.66 ）治療コホートにおける無再発生存率の予後を決定づけた。カテゴリー別QuanTAVリスクグループは、化学療法を受けているNSCLC患者を含むすべての治療グループにおいて独立して予後を決定した（p=0.034, HR=2.29, 95% CI 1.07-4.94, C-index=0.62 ）。 結論これらの領域において、放射線上の血管形態と治療成績との関連性が認められた。我々の知見は、腫瘍に関連する血管の形状や構造が、複数のがんや治療法の予後予測バイオマーカーとなる可能性を示唆している。

要約(オリジナル)

Purpose: Tumor-associated vasculature differs from healthy blood vessels by its chaotic architecture and twistedness, which promotes treatment resistance. Measurable differences in these attributes may help stratify patients by likely benefit of systemic therapy (e.g. chemotherapy). In this work, we present a new category of radiomic biomarkers called quantitative tumor-associated vasculature (QuanTAV) features, and demonstrate their ability to predict response and survival across multiple cancers, imaging modalities, and treatment regimens. Experimental Design: We segmented tumor vessels and computed mathematical measurements of twistedness and organization on routine pre-treatment radiology (CT or contrast-enhanced MRI) from 558 patients, who received one of four first-line chemotherapy-based therapeutic intervention strategies for breast (n=371) or non-small cell lung cancer (NSCLC, n=187). Results: Across 4 chemotherapy-based treatment strategies, classifiers of QuanTAV measurements significantly (p<.05) predicted response in held out testing cohorts alone (AUC=0.63-0.71) and increased AUC by 0.06-0.12 when added to models of significant clinical variables alone. QuanTAV risk scores were prognostic of recurrence free survival in treatment cohorts chemotherapy for breast cancer (p=0.002, HR=1.25, 95% CI 1.08-1.44, C-index=.66) and chemoradiation for NSCLC (p=0.039, HR=1.28, 95% CI 1.01-1.62, C-index=0.66). Categorical QuanTAV risk groups were independently prognostic among all treatment groups, including NSCLC patients receiving chemotherapy (p=0.034, HR=2.29, 95% CI 1.07-4.94, C-index=0.62). Conclusions: Across these domains, we observed an association of vascular morphology on radiology with treatment outcome. Our findings suggest the potential of tumor-associated vasculature shape and structure as a prognostic and predictive biomarker for multiple cancers and treatments.

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