《Journal of Neuro-Oncology》：Hypoxia-powered MRI guides supramaximal biosurgical sampling of glioblastoma infiltration: the GLIOXY initiative
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目的：评估利用缺氧驱动磁共振成像（MRI）引导胶质母细胞瘤强化区之外高响应生境（habitat）前瞻性取样的可行性。方法：9例组织学确诊的异柠檬酸脱氢酶（IDH）野生型胶质母细胞瘤初治患者于手术前夜在受控的短暂缺氧刺激下接受血氧水平依赖（BOLD）MRI检查。
目的：评估利用缺氧驱动磁共振成像（MRI）引导胶质母细胞瘤强化区之外高响应生境（habitat）前瞻性取样的可行性。方法：9例组织学确诊的异柠檬酸脱氢酶（IDH）野生型胶质母细胞瘤初治患者于手术前夜在受控的短暂缺氧刺激下接受血氧水平依赖（BOLD）MRI检查。通过解剖分割与体素级时间分解生成归一化缺氧响应图。采用Otsu阈值法界定强化区之外的高响应生境。靶点依据解剖可及性与功能区（eloquence）由外科医师确认，传输至神经导航系统，并在主要减容（debulking）之前完成取样。研究人员将标本分为福尔马林固定、石蜡包埋（FFPE）用于神经病理学检查，以及冻存组织保存两部分。结果：神经导航传输在全部9例中均获成功。8个靶点可及并完成取样。7个取样靶点含肿瘤。1个靶点仅见反应性皮质与白质，未见明确肿瘤。8例取样操作中未观察到靶点取样相关并发症。结论：缺氧驱动MRI可整合入前瞻性神经导航引导的强化区外取样流程。8个取样靶点中7个检出肿瘤。通过将无示踪剂生理响应图转化为坐标匹配的组织，GLIOXY工作流程使非强化胶质母细胞瘤区域的前瞻性靶向组织取样成为可能。
胶质母细胞瘤仍与频繁复发和较差生存相关，而强化区之外的适宜手术范围至今尚未确定。对比增强反映血脑屏障破坏，仍是切除与放疗的主要影像学靶区。然而胶质母细胞瘤可浸润至非强化的液体衰减反转恢复（FLAIR）异常组织，该区域的残留病变可能促进疾病进展。回顾性研究提示，在部分患者中超出强化区的切除可能改善结局，但基于FLAIR异常体积的定义无法反映浸润的空间异质性，该腔隙中哪些部分值得靶向、保留或局部治疗仍不确定。为此，神经肿瘤疗效评价（RANO）相关工作组呼吁对非强化可疑肿瘤开展标准化的影像引导取样。近期前瞻性研究利用人工智能衍生图谱靶向强化区之外区域，组织病理学、转录组学与生存分析支持空间浸润图谱的生物学与临床相关性。缺氧驱动MRI利用BOLD成像测量区域对受控短暂缺氧刺激的响应，该刺激使脱氧血红蛋白升高、改变磁敏感对比并降低BOLD信号，基线血容量与氧摄取均影响响应幅度；胶质母细胞瘤中异常的微血管传输与代谢需求改变可能降低有效氧摄取并增强对动脉去饱和的响应，这为研究强化区之外高响应区域作为肿瘤相关生理改变位点提供了依据。但该响应并非组织缺氧的直接测量，也不是浸润的特异性标志物，强化区外高响应区域是否较FLAIR低响应组织富集浸润肿瘤尚未得到证实。体素级时间分解可区分响应到达、下降与恢复过渡及平台期响应幅度。相关纯影像学研究已描述MRI定义生境间的响应幅度与异质性，但未评估前瞻性手术靶向或靶点关联组织。因此，研究人员开展本研究，考察刺激诱发BOLD图能否用于选择强化区之外的高响应生境、传输至神经导航并在术中取样，同时描述所取靶点是否含肿瘤；主要目标为操作可行性，而非诊断准确性或生物学机制验证。
研究人员在苏黎世大学医院开展前瞻性单中心概念验证研究（2025年11月至2026年7月），纳入影像学可疑胶质母细胞瘤的初治成人患者，最终纳入9例组织学确诊IDH野生型胶质母细胞瘤患者。研究将"靶向超最大范围活检"定义为在对比强化腔隙之外、前瞻性选定的生理靶点上进行神经导航引导取样，该术语仅描述活检位置与影像学依据，不意味着对周围非强化组织的完全切除。研究得出：缺氧驱动MRI可整合入前瞻性神经导航引导的强化区外取样流程，8个取样靶点中7个检出肿瘤；通过将无示踪剂生理响应图转化为坐标匹配组织，GLIOXY工作流程使非强化胶质母细胞瘤区域的前瞻性靶向组织取样成为可能。其重要意义在于，该研究将缺氧驱动MRI从描述性成像推进至非强化胶质母细胞瘤腔隙的前瞻性生物学研究，并保留了生理信号、记录取样位置与组织结果之间的关联，为受控空间生物样本库建设提供框架；但研究同时明确，这些结果仅确立操作可行性与靶点特异性组织关联，而非诊断特异性或操作安全性。
关键技术方法：受控短暂缺氧刺激（两次60秒缺氧阶跃，目标呼气末氧分压40 mmHg，间隔40秒常氧并维持等碳酸）下于3-T MRI采集T2*加权梯度回波平面成像（EPI）BOLD序列；在SPM12与MATLAB R2024b中完成体素级时间分解，得到校正滞后时间（lag）、达平台延迟（DTP）、回复延迟（DTR）及平台期稳态响应；以ONCOhabitats三维U-Net分类器完成结构分割；将响应图归一化后刚性配准至增强后T1加权像并转换为DICOM序列传输至Medtronic神经导航系统；采用患者个体化Otsu阈值界定高响应生境。样本队列来源为苏黎世大学医院单中心前瞻性纳入的9例初治IDH野生型胶质母细胞瘤患者。
队列与肿瘤特征：9例IDH野生型胶质母细胞瘤患者（中位年龄62岁，范围52–83岁），男5例、女4例，均在BOLD MRI次日接受切除；5例肿瘤累及颞叶或内侧颞叶，其余位于额叶、中央后、丘脑或岛叶，8例位于左侧；中位分割对比强化体积10.43 cm3，中位非强化FLAIR异常体积30.38 cm3；MGMT启动子甲基化5例、非甲基化4例，DNA甲基化分类为RTK I 3例、RTK II 3例、间叶型2例，1例分类不可得。由此得出该概念验证队列的基线构成。
技术可行性与靶点级神经病理学：神经导航传输9例全部成功（100%）；8个候选靶点术前规划判定可及并全部取样（8/9，88.9%），第9例因无安全轨迹未取样；常规神经病理学在8个取样靶点中的7个记录到肿瘤（87.5%），剩余靶点仅见伴反应性胶质改变的皮质与白质、无明确肿瘤；8例取样操作中未观察到靶点取样并发症（0/8）。回顾性分析显示，8个记录取样坐标均落在患者个体化Otsu高响应类别内；中位靶点相关生境体积10.25 cm3，中位靶点DTP 15.94 s、DTR 13.64 s、lag 3.31 s；7例存在强化患者的中位靶点至强化区距离3.74 mm。7个肿瘤阳性靶点自邻近灰白质浸润性肿瘤至肿瘤含量或存活肿瘤细胞估计高达80%的富肿瘤组织不等，靶点特异性Ki-67约6%–30%，2例肿瘤阳性靶点报告无坏死；1例颞底皮质靶点响应为回顾性Otsu阈值的3.02倍、位于非强化FLAIR掩模内第99.33百分位，标本示反应性皮质与白质、无明确肿瘤、Ki-67<1%、无血管增生，报告亦列出肿瘤含量<5%；7个肿瘤阳性靶点的靶点/阈值比为1.43–2.27，响应百分位93.10–99.43。由此得出高响应生境可被前瞻性选中并成功取样，且多数含肿瘤，但高响应并不等同于肿瘤特异性。
代表性空间转化：两例代表性病例显示，记录取样位置（绿色标记）位于强化区之外，归一化响应图显示用于靶向的高响应区域，非白质归一化稳态图与DTR、lag、DTP图提供互补背景，时间图未用于确定靶点。由此得出影像-组织空间对应关系可在个体水平呈现。
讨论部分指出，该工作流程的价值在于保持生理信号、记录取样位置与组织结果之间的关联，符合生物学成像、神经导航、早期取样、空间记录与协同组织处理的建议；研究人员在病理结果可得前定量、个体化地定义生境，传输至神经导航，并在每例取样中于主要减容前完成取样，每份标本保留靶点特异性病理标识并分为FFPE与冻存组织。8个前瞻性选定的强化区外高响应生境中7个含肿瘤，但这是选择性、手术可及靶点中的初步观察；由于缺乏配对的低响应FLAIR样本，不能确立肿瘤富集、诊断准确性或优于基于FLAIR靶向的检出优势。无明确肿瘤的样本同样具有信息价值：该颞底皮质靶点含FLAIR高信号但仅为反应性皮质与白质，说明非强化FLAIR异常并不等同于肿瘤浸润，该腔隙可包含水肿、浸润肿瘤、反应性组织与混杂皮质，纯体积FLAIR靶向无法区分可能需治疗与可能不需治疗的组织；该例记录取样位置响应远高于回顾性Otsu阈值而非临界值，说明显著BOLD响应不能确立肿瘤特异性，皮质血管贡献与部分容积效应可能参与相对白质的响应，颞底位置还提示EPI畸变或气-组织界面附近信号丢失的可能，配准误差或取样错位亦不能排除，而保留的影像-组织关联使这种不一致得以暴露。肿瘤阳性靶点亦呈异质性，但8个选择性靶点与非标准化常规病理估计不足以支持可靠的组间分析，该问题需更大样本与标准化、空间匹配的病理。综合来看，肿瘤阳性与阴性结果共同说明对非强化腔隙进行功能分区的重要性：当前基于FLAIR的超最大范围切除定义主要关注切除异常体积，结局证据仍为回顾性且异质；更具临床相关性的问题不只是治疗多少FLAIR异常，而是哪些区域含肿瘤或治疗相关生物学，个体化生理生境最终可能支持选择性活检或切除、放疗剂量雕刻与局部给药，而本研究提供所需的导航与组织锚定框架，尚未提供治疗选择证据。局限性包括：9例队列与8个取样靶点无法精确估计产出率或安全性；每例仅取一个可及热点区域，偏向手术可达区域且未捕捉患者内异质性；Otsu阈值界定候选而手术可及性与最终取样点依赖临床判断，未评估观察者间可重复性；未获得配对低响应FLAIR对照、转录组分析或诊断准确性分析，可得的主肿瘤标本仅为常规临床对照；神经病理学家未对BOLD结果设盲，存在评估偏倚；常规神经病理学确认肿瘤存在，但未验证组织缺氧或界定响应的血管与分子基础；配准仅经视觉质量控制，定位准确性未正式量化；EPI畸变、部分容积效应、图像配准、神经导航误差与脑移位增加空间不确定性，尽管取样在主要减容前完成；观察性并发症记录也限制安全性推断。下一步验证应预先设定生境定义，并在每例患者内获取高响应生境、低响应FLAIR组织与强化腔隙的空间匹配样本，每腔隙多点取样并结合设盲、标准化病理以评估生物学富集；估计敏感性与特异性还需合适的取样设计与参考标准；对FFPE与冻存材料开展协同分析应评估细胞密度、增殖、血管构筑、缺氧相关通路、免疫构成与分子状态，空间转录组学、蛋白质组学与代谢组学可判断生境是否对应可重复的生物学状态，多模态MRI有助于区分氧合相关响应与灌注及皮质效应，纵向随访可检验这些生境是否与复发或空间靶向治疗响应相关。
研究结论（译）：总之，GLIOXY计划建立了一条影像到组织的通路，用于对强化区之外的缺氧驱动MRI生境进行前瞻性取样。8个取样生境中7个含肿瘤。通过将无示踪剂、刺激诱发的生理图与记录取样位置及组织相关联，本研究推动缺氧驱动MRI从描述性成像走向非强化胶质母细胞瘤腔隙的前瞻性生物学研究。
