神经导航引导下CTRW扩散指标与脑部肿瘤结构异质性及免疫细胞组成的放射病理学对应关系

《Journal of Translational Medicine》：Continuous-time random walk MRI and pathological heterogeneity in intracranial tumours: a neuronavigation-guided study

背景脑部肿瘤具有空间异质性，而磁共振成像和组织病理学在不同空间尺度上探查组织。我们开发了一种神经导航引导的放射病理学框架，用于检验在记录采样点测量的连续时间随机行走（CTRW）扩散指标是否与基于病理的结构异质性和特定免疫细胞比例相关。方法我们研究了98例手术治疗的成人患者，包括高级别胶质瘤（HGG；n = 34）、脑转移瘤（BM；n = 34）或脑膜瘤（MENI；n = 30）。每位参与者提供一份神经导航记录的标本，约2毫米，取自实性对比增强肿瘤成分内的浅表边缘，使用坐标为中心的2毫米成像感兴趣区进行放射病理学匹配。连续时间随机行走（CTRW）的空间异质性（β）、时间异质性（α）和异常扩散系数（Dm）来源于高b值弥散加权成像（DWI）。匹配标本进行苏木精-伊红染色和免疫荧光分析。病理学家评分、病理组学和免疫细胞测量在患者水平进行分析。使用重复的肿瘤类型分层嵌套交叉验证比较五种回归族。结果在恶性肿瘤中，β值从对侧脑到瘤周脑水肿再到对比增强肿瘤逐渐降低，并与手动H&E异质性评分呈负相关（Spearman ρ = -0.948；FDR校正q < 0.001）。随机森林回归具有最高的内部交叉验证性能。在50折外部敏感性分析中，中性粒细胞的平均R2 ± SD为0.984 ± 0.010，巨噬细胞为0.976 ± 0.013，B细胞为0.943 ± 0.033。仅包含肿瘤类型的模型平均R2值较低，分别为0.352、0.295和0.320，而CTRW模型在训练折中针对肿瘤类型进行残差化处理后，保持了0.717、0.767和0.671的平均R2值。结论在神经导航记录的采样点，CTRW指标与病理定义的结构异质性相关，并能够实现特定免疫细胞比例的内部验证估计。这些发现支持CTRW作为互补的影像描述符，尽管其超越传统扩散指标的增量价值仍有待确定。重要的是，观察到的相关性反映了采样点尺度的放射病理学对应关系，而非直接的细胞分辨率成像或经过验证的临床预测。然而，此处识别的生物学锚定关系为前瞻性地评估CTRW衍生的影像生物标志物用于影像指导的肿瘤表征和分层提供了依据。