反应扩散胶质瘤生长模型的初始条件评估：一项MRI/组织学转化（无效）验证研究
医学物理
2021-11-23 v1 机器学习
图像与视频处理
生物物理
摘要
弥漫性胶质瘤是高度浸润性肿瘤，其早期诊断和随访通常依赖磁共振成像（MRI）。然而，该技术的有限灵敏度使得无法直接评估胶质瘤细胞浸润范围，导致治疗规划欠佳。数十年来，反应扩散生长模型被提出用于外推MRI可见边界之外的胶质瘤细胞浸润并预测其时空演化。这些模型仍需要一个初始条件，即诊断时刻脑内各位置的肿瘤细胞密度值。若干工作提出将肿瘤细胞密度函数与MRI可见异常轮廓相关联，但其底层假设迄今从未被验证。本工作中，我们通过对一例未手术胶质母细胞瘤脑使用定制3D打印切片机进行立体定向组织学分析来验证这些假设。利用深度学习方法从组织学切片计算细胞密度图。随后将密度图配准至尸检MR图像，并与到肿瘤核心的MR衍生测地距离图相关联。同时研究了T2 FLAIR MRI上可见水肿轮廓与到核心距离的关系。我们的结果表明：（i）先前提出的肿瘤细胞密度随到肿瘤核心距离指数下降并非不合理，但（ii）水肿轮廓通常可能不对应于细胞密度等值线，且（iii）这些轮廓处通常采用的肿瘤细胞密度值很可能被高估。这些发现凸显了使用常规MRI推导胶质瘤细胞密度图的局限性，并指出需要验证其他方法以初始化反应扩散生长模型并使其可用于临床实践。
引用
@article{arxiv.2102.01719,
title = {Initial condition assessment for reaction-diffusion glioma growth models: A translational MRI/histology (in)validation study},
author = {Corentin Martens and Laetitia Lebrun and Christine Decaestecker and Thomas Vandamme and Yves-Rémi Van Eycke and Antonin Rovai and Thierry Metens and Olivier Debeir and Serge Goldman and Isabelle Salmon and Gaetan Van Simaeys},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.01719},
year = {2021}
}