Радиогеномика

Радиомика и радиогеномика

Первичной задачей современной прецизионной онкологии является молекулярно-генетическая характеристика опухолей с использованием геномных и постгеномных (транскриптомных и метаболомных) технологий. Несмотря на существующий прогресс, полномасштабного генотипирования для всех рака все еще не осуществлено. Во многих случаях это оказалось трудоемко и технически сложно. Кроме того, молекулярно-генетическое профилирование часто ограничено в точности, а также гетерогенную природу карцином. Для примера, при солидных опухолях гистологическая образец из биопсированной опухоли может не в полной мере отражать ее анатомические, функциональные и патофизиологические особенности. Помимо того, получение образов опухолевой ткани требует инвазивного вмешательства, а повторные биопсии опухоли могут быть неосуществимы в процессе лечения или динамического последующего наблюдения.

Мультимодальная визуализация геномика и транскриптомика

мультимодальная визуализация

Медицинские изображения не сопряжены с инвазивностью, а различные модальности визуализации, в том числе молекулярной визуализации (ОФЭКТ, ПЭТ), что существенно повышает диапазон и разрешающую способность с одной стороны, а с другой – улучшить точность врачебных решений. Визуализация может помочь охарактеризовать перитуморальные зоны, которые не всегда хирургически удаляются для молекулярных исследований, но которые могут нести информацию о микроокружении опухоли. Например, характеристики визуализации опухолей все чаще используются для прогноза генной экспрессии. Более того, недавние исследование продемонстрировали, что молекулярные механизмы рака ассоциированы со специфическими фенотипами диагностических изображений. Таким образом, медицинская визуализация, ранее используемых первично как диагностический инструмент, сегодня становятся ключевым игроком в персонализированной медицине, в частности в онкологии, предоставляя также и прогностическую и предиктивную информацию.

Радиомика – новая область прикладных исследований огромного массива (images big data) количественных данных, состоящих из рутинно накапливаемых медицинских визуализаций.
Традиционными первыми стадиями радиомного исследования являются идентификация и сегментация зоны интереса (region of interest, ROI). Сегментация может быть выполнена вручную экспертами или путем полу- и полностью автоматизированными алгоритмами сегментации.

Интеграционная цифровая биомедицина

Радиогеномика

Многомерные характеристики, в результате получаемые изображений высокого разрешения подразделяются на два типа: семантические и агностические. Семантические характеристики представляют собой главным образом морфологические особенности, описывающих размеры, форму, локализацию, кровоснабжение, структуру, некротические изменения очага. Агностические характеристики содержат математически-вычисленные количественные особенности, которые в свою очередь могут быть в дальнейшем разделены на три группы: первого порядка статистические результаты (описывающие значения внутри одного вокселя), второго порядка – описание соотношения между вокселями, и более высоких порядков – дополнительные параметры изображения использованием различных фильтров. Технологии глубинного обучения (deep learning) также могут быть использованы для автоматизированно экстрагированных описательных характеристик высокого порядка очагов опухоли. Добытые таком образом радиомные сигнатуры могут затем использоваться для множества целей, таких как классификация опухоли, прогнозирование выживаемости и ответа на лечение. Исследования, обнаружившие взаимосвязь между радиомикой и молекулярно-генетическими параметрами как раз и попадают под определение радиогеномики. Эти исследования ставят целью обнаружить суррогатные паттерны для геномных сигнатур, а также для разработки биомаркеров, эффективно использующих различные типы данных для характеристики заболевания. Эти многомерные биомаркеры могут быть использованы впоследствии для предсказания выживаемости и ответа на лечение, играя важнейшую роль в персонализации терапевтических алгоритмов.

Типовые этапы радиогеномных исследований

Радиогеномика

1. область опухоли сегментируется и переводится в 3D объем
2. высокоинформативные радиомные особенности экстрагируются из сегментированной объемного образа опухоли
3. разнообразные типы характеристик (клинические, радиомные и геномные) комбинируются для разработки радиогеномной сигнатуры
4a.анализ корреляций между радиомным и генетическими фенотипами для открытия биологически значимых радиомных сигнатур
4b.использование радиогеномной модели для прогноза выживаемости и ответа на лечение

 

X