Millora de la diagnosi no invasiva dels tumors cerebrals humans

Abstract

Propòsit: Millorar la caracterització no invasiva dels tumors cerebrals mitjançant la tècnica de lespectroscopia de ressonància magnètica de protó. Per a assolir aquest objectiu, es van realitzar tres estudis, amb els següents objectius: Estudi 1) Generar una base de dades accessible per Internet, que contingui dades clíniques i espectroscòpiques completament validades de pacients afectats per tumors cerebrals. Estudi 2) Determinar la influència del temps deco utilitzat en ladquisició en la posterior classificació dels espectres de tumours cerebrals humans. Per això es va comparar lencert obtingut en la classificació tumoral utilitzant dos temps deco diferents (30 ms and 136 ms). Estudi 3) Estimar lencert de la interpretació de les imatges de ressonància en la classificació dels tumors cerebrals, tant en termes de tipus com de grau de malignitat tumoral. Mètodes: Estudi 1) Totes les dades dels pacients que van entrar al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) es van guardar a una base de dades accessible per Internet (iDB). Les dades dels pacients es van seleccionar utilitzant la interfície de preguntes de la base de dades. Els criteris que es van seguir van ser que el cas tingués un espectre adquirit a 1.5 T mitjançant la tècnica de volum senzill i temps deco curt (20-32 ms) sobre una àrea nodular del tumor, que el volum dadquisició hagués estat posicionat dins de la mateixa regió de la qual es va prendre posteriorment la biòpsia diagnòstica, i que lespectre a temps deco curt no hagués estat descartat per artefactes dadquisició o altres raons, i que un comitè de neuropatòlegs haguéssin arribat a consens diagnòstic. Quan els espectres es van obtenir de voluntaris normals, o éren dabscessos o de metàstasis provades clínicament, no es va requerir biòpsia. Estudi 2) Es van sel·leccionar de manera retrospectiva cent cinquanta-un estudis de pacients amb tumors cerebrals (37 meningiomas, 12 astrocitomes de baix grau, 16 astrocitomes dalt grau, 54 glioblastomes i 32 metastasis) duna sèrie de trescents setanta-vuit exàmens de masses cerebrals anòmales dun dels centres col.laboradors dINTERPRET dintre del projecte MEDIVO. Es va realitzar espectroscopia de volum senzill a temps deco 30 ms i 136 ms en tots els casos. Es van normalitzar les àrees integrades de nou ressonàncies dinterès. Els espectres dels tumors es van classificar mitjançant anàlisi discriminant en quatre grups: meningioma, astrocitoma de baix grau, astrocitoma dalt grau i glioblastomes juntament amb metastasis. Es va aval.luar el resultat de lanàlisi discriminant a cadascun dels temps deco utilitzant el mètode de deixar un cas fora. Estudi 3) Lacord entre la classificació radiològica i el diagnòstic histopatològic es va aval·luar retrospectivament, utilitzant dades retrospectives de trescents noranta-tres pacients de tumors cerebrals que estàven guardats a la base de dades multicèntrica del projecte INTERPRET. Es va crear una ontologia per a poder definir lacord entre diagnòstics. Cada categoria tumoral es va comparar bilateralment amb els diagnòstics histopatològics corresponents. Es van calcul.lar els valors de sensibilitat, especificitat, valors predictius positiu i negatiu, juntament amb els intervals de confiança del 95% de Wilson. Resultats: Estudi 1) Es va obtenir un subgrup de trescents quatre casos (vint-i-dos voluntaris normals i dos-cents vuitanta-dos pacients). Aquests casos es van migrar a una altra base de dades accessible per internet (base de dades validada). Estudi 2) La classificació dels tumors va ser lleugerament millor a temps deco curt (123 [81%] de 151 casos classificats correctament) que a temps deco llarg (118 [78%] de 151 casos classificats correctament). Els meningiomes van ser lúnic grup pel qual es va obtenir una millor sensibilitat i especificitat a temps deco llarg. Els resultats van millorar quan ambdós temps deco es consideràven simultàniament: el diagnòstic suggerit va ser correcte en 105 (94%) de 112 casos quan el resultat predit a ambdós temps deco era el mateix. Es va suggerir el diagnòstic correcte almenys a un temps deco en 136 (90%) casos de 151. 3) Quan els radiòlegs informen estudis dimatge, són molt específics (85.2-100%) a lhora de caracteritzar el grau i el tipus de tumor. La seva sensibilitat varia depenent del tipus i el grau, separadament i en combinació. En les categories àmplies (neuroepitelial, llinatge meningeal) vàren ser molt sensibles mentre que quan es va considerar còm sinformava el tipus detallat i el grau la sensibilitat variava, essent la més alta en els meningiomes de baix grau (sensibilitat 100%, intèrval de confiança, 96.2-100.0%) i la més baixa pels meningiomes dalt grau (sensibilitat, 0.0%, intèrval de confiança, 0.0-65.8%) i els oligodendrogliomes de baix grau (sensibilitat, 15%, intèrval de confiança, 5.2-36.0%). La sensibilitat en la detecció dels tumors dorígen neuroepitel.lial es va relacionar de manera inversa amb la precisió en la manera de descriure el grau i lorígen cel.lular del tumor. Glioma era una classificació radiològica freqüent, associada a una més alta sensibilitat a la seva categoria corresponent. El valor predictiu positiu va variar entre categories, assolint en general valors per sobre de la prevalença dels tumors respectius en aquesta base de dades. El valor predictiu negatiu va ser alt a totes les categories analizades (69.8-100%). Conclusions: La base de dades validada compleix amb les regul.lacions ètiques i és representativa de la població que estudia. És accessible a neuroradiòlegs arreu del món que vulguin utilitzar la informació que dóna lespectroscopia per tal dajudar en el diagnòstic no invasiu dels tumors cerebrals. El temps deco curt dóna una classificació lleugerament millor que el temps deco llarg, i els resultats milloren quan ambdós temps deco es consideren de manera simultània. Els meningiomes són lúnic grup tumoral en el qual el temps deco llarg és lleugerament millor que el temps deco curt. Els valors predictius positiu i negatiu que es van obtenir es poden utilitzar com a estimadors de les probabilitats a posteriori per a la caracterització dels tumors cerebrals mitjançant les imatges de ressonància en la base de dades INTERPRET. A més a més, es va fer palesa la necessitat daugmentar la sensibilitat en la categorització de la majoria de tumors cerebrals, mantenint lalta especificitat, especialment en la diferenciació entre tumors glials dalt i baix grau, especialment amb tècniques associades a la imatge, com lespectroscopia de ressonància magnètica de protó. ______________________________________________________________ Purpose: To improve the non-invasive characterisation of brain tumours with 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy). For this, three studies were performed, with the following objectives: 1) To generate an Internet-accessible database that contains validated in-vivo MR spectra and clinical data of brain tumour patients. 2) To determine the influence of the TE used in brain tumour classification by comparing the performance of spectra obtained at two different TE (30 ms and 136 ms). 3) To estimate the accuracy of routine MRI in the classification of brain tumours both in terms of cell type and grade of malignancy. Methods: Study 1) All data from patients entering the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) were stored in a web-accessible database (iDB) and selected using its query functionality. Criteria for selection were that the case had a single voxel (SV) short-echo (20-32 ms) 1.5 T spectrum acquired from a nodular region of the tumour, that the voxel had been positioned in the same region as where subsequent biopsy was obtained, that the short-echo spectrum had not been discarded because of acquisition artefacts or other reasons, and that a histopathological diagnosis was agreed among a committee of neuropathologists. When the spectra were obtained from normal volunteers or were of abscesses or clinically proven metastases, biopsy was not required. Study 2) One hundred fifty-one studies of patients with brain tumours from the MEDIVO project (37 meningiomas, 12 low grade astrocytomas, 16 anaplastic astrocytomas, 54 glioblastomas, and 32 metastases) were retrospectively selected from a series of 378 consecutive examinations of brain masses. Single voxel proton MR spectroscopy at TE 30 ms and 136 ms was performed with point-resolved spectroscopy in all cases. Fitted areas of nine resonances of interest were normalized to water. Tumours were classified into four groups (meningioma, low grade astrocytoma, anaplastic astrocytoma, and glioblastoma-metastases) by means of linear discriminant analysis. The performance of linear discriminant analysis at each TE was assessed by using the leave-one-out method. Study 3) Retrospective assessment of agreement between radiological classification and histopathological diagnosis was carried out using records of 393 brain tumour patients stored in a multi-centre database from the INTERPRET project. An ontology for agreement definition was devised. Each tumour category was bilaterally compared to the corresponding histopathological diagnoses by dichotomisation. Sensitivity (SE), Specificity (SP), Positive (PPV) and Negative Predictive (NPV) values and their Wilsons 95% confidence intervals (CI) were calculated. Results: Study 1) A subset of 304 cases (22 normal volunteers and 282 tumour patients) was obtained. These cases were migrated to a web-accessible database (validated-DB). Study 2) Tumour classification was slightly better at short TE (123 [81%] of 151 cases correctly classified) than at long TE (118 [78%] of 151 cases correctly classified). Meningioma was the only group that showed higher sensitivity and specificity at long TE. Improved results were obtained when both TE were considered simultaneously: the suggested diagnosis was correct in 105 (94%) of 112 cases when both TE agreed, whereas the correct diagnosis was suggested by at least one TE in 136 (90%) of 151 cases. Study 3) In routine radiological reporting of MRI examinations, tumour types and grades were classified with high SP (85.2-100%); SE varied, depending on type and grade, alone or in combination. Recognition of broad categories (neuroepithelial, meningeal) was highly sensitive whereas it diverged when both detailed type and grade were considered, being highest in low-grade meningioma (SE=100%, CI=96.2-100.0%) and lowest in high-grade meningioma (SE=0.0%, CI=0.0-65.8%) and low-grade oligodendroglioma (SE=15%, CI=5.2-36.0%). In neuroepithelial tumours SE was inversely related to precision in reporting of grade and cellular origin; glioma was a frequent radiological classification associated with a higher SE in the corresponding category. PPV varied among categories being in general above their prevalence in this dataset. NPV was high in all categories (69.8-100%). Conclusions: The validated-DB complies with ethics regulations and represents the population studied. It is accessible by neuroradiologists willing to use information provided by MRS to help in the non-invasive diagnosis of brain tumours. Short TE provides slightly better tumour classification, and results improve when both TE are considered simultaneously. Meningioma was the only tumour group in which long TE performed better than short TE. PPV and NPV provided for routine MRI characterisation of brain tumours may be used as estimates of post-test probabilities of diagnostic accuracy achieved by MRI in the database studied. The need for non-invasively increasing SE in categorization of most brain tumour types while retaining high SP, especially in the differentiation of high and low-grade glial tumour classes has been targeted.