Use of Amide Proton Transfer Imaging as a Biomarker for Tumor Proliferation

Abstract

The purpose of study was to evaluate the utility of amide proton transfer (APT) imaging as a tumor proliferative index by correlating and comparing its diagnostic performance with MR spectroscopy in subgroups of pre- and post-treatment gliomas. This retrospective study was approved by our institutional review board. In 40 pre-treatment and 25 post-treatment glioma patients, the APT asymmetry correlated with the the choline (Cho)/creatine (Cr) and Cho/N-acetylaspartate (NAA) ratio on the corresponding voxel of interest and then 90% histogram cutoff of APT asymmetry (APT90) for entire solid portions were calculated for diagnostic performance. An area under the receiver-operating characteristic curve (AUC), leave-one-out cross validation, and intraclass correlation coefficient (ICC) were analyzed. APT asymmetry showed a moderate correlation (r = 0.49, P < 0.001) with the Cho/Cr ratio and a mild correlation with the Cho/NAA ratio (r = 0.32, P = 0.011) in the corresponding lesion. APT90 showed a comparable diagnostic accuracy for glioma grading (AUC, 0.81 (reader 2) and 0.84 (reader 1) versus 0.86; P = 0.582-.864) and a superior accuracy for differentiating tumor progression from treatment-related change (AUC, 0.89 (reader 2) and 0.90 (reader 1) versus 0.60, P = 0.031-.046), compared with MR spectroscopy. The cross-validated AUC and accuracy of the APT90 in post-treatment gliomas were 0.89 (reader 2), 0.90 (reader 1) and 72%, respectively. The inter-reader agreement for APT90 was excellent in both pre-treatment and post-treatment gliomas (ICC, 0.95 and 0.96, respectively). In terms of tumor proliferative index, APT imaging shows a moderate correlation with MR spectroscopy and is superior imaging methodology particularly for assessing post-treatment gliomas, compared with MR spectroscopy.;목적: 종양 증식 지표를 반영하는 자기공명 영상법으로서 기존에 알려져 있는 자기공명영상 분광법과 최근에 대두된 분자 영상법인 아미드 수소 전달 영상법 (amide proton transfer)이 어떤 관계가 있는지 알아보고 이들의 진단 능력을 치료 전과 치료 후의 일차성 뇌교종 환자에게서 알아보고자 하였다. 방법: 후향적 연구로서 총 40 명의 치료 전 환자와 25 명의 치료 후 환자를 대상으로 시행하였다. 자기공명 영상 분광법에서 콜린 (Choline) -크레아티닌(Creatinine) 비율, 콜린-엔아세틸아스파테이트 (NAA) 비율을 구하였으며 아미드 수소 전달 영상에서 히스토그램 법을 사용하여 뇌 교종의 고형성분 전체에 대한 아미드 수소전달 영상 신호의 상위 상위 90%값 (APT90)을 얻었다. 두 검사 방법의 비교로는 피어슨 상관 분석을 사용하였으며, 진단 능력 평가로는 수신자 조작 특성 곡선 (receiver operating characteristic curve)에서 곡선 아래 면적 (area under the curve, AUC)을 측정하였다. 결과: 아미드 수소 전달 영상의 신호 (APT 90)는 자기공명영상 분광법의 콜린-크레아티닌 비율과 중등도의 상관관계 (r=0.49, P value <0.001) 을 보였으며 콜린-엔아세틸아스파테이트와 약한 상관관계 (r=0.32, P value = 0.011)를 보였다. 아미드 수소 전달 영상 신호는 치료 전 뇌교종에서 자기공명 영상 분광법과 비슷한 진단 능력을 보였으나 (AUC, 0.81 (관찰자 2) 과 0.84 (관찰자 1) vs 0.86; P value = 0.582 과 0.864) 치료 후 환자에서는 더 높은 진단 능력을 보였다 (AUC, 0.89 (관찰자 2) 와 0.90 (관찰자 1) vs 0.60, P value = 0.031 과 0.046). 아미드 수소 전달 영상의 분석 일치도는 치료 전 및 치료 후 환자 모두에서 일치도 계수 0.95 및 0.96 으로 모두 높았다. 결론: 종양 증식 지표를 나타내는데 있어, 아미드 수소 전달 영상은 자기공명 영상 분광법과 중등도의 상관 관계를 보였으며, 치료 후 환자를 진단하는데 있어 자기공명 영상 분광법보다 우수하였다.