Computerized platform for interactive annotation and topological characterization of tumor associated vasculature for predicting response to immunotherapy in lung cancer

用于肿瘤相关脉管系统的交互式注释和拓扑表征的计算机化平台,用于预测肺癌免疫治疗的反应

基本信息

  • 批准号:
    10612464
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-05-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

SUMMARY: The tumor microenvironment (TME) vascular network harbors a compelling amount of anatomical and physiological information embedded on the imaging scale. Although techniques like Radiomics have shown significant promise in several medical imaging applications, such approaches are limited to capturing properties such as lesion morphology and texture, and cannot comprehensively characterize or visualize the properties of the aberrant TME vasculature. We hypothesize that angiogenesis manifests as characteristic topological and geometrical patterns of vasculature in the nodule periphery, and is associated with disease progression and outcome. In this project, we propose to leverage these topological and geometrical constructs in building adaptive segmentation, quantification, and visualization tools for tumor associated vasculature. To demonstrate the clinical efficacy of these new tools in therapy response assessment, we propose to target unmet clinical needs in response prediction of lung immunotherapy. Fewer than 20% non-small cell lung cancer (NSCLC) patients treated with immune checkpoint inhibitors (ICIs) respond favorably. Additionally, the associated costs are extremely high. Molecular markers and metrics evaluating changes in tumor size have not been very effective in predicting and monitoring response to ICIs. Intra- and peritumoral radiomic features have been recently shown to outperform traditional biomarkers in outcome prediction. None of the existing markers, however, consider the tumor associated vasculature in the clinical assessment of TME despite strong evidence of its role in determining disease progression and response to therapy. One critical obstacle is the lack of an efficient and easy-to-use 3- dimensional (D) vasculature annotation tool for clinicians. Despite rich literature, it is difficult to train an automatic segmentation model due of the highly heterogeneous and complex 3D morphology of vasculature. This is especially challenging near nodule periphery, where the pathological vasculature exhibits abnormal yet clinically relevant geometry and topology. We aim to 1) build a human-in-the-loop vasculature visualization and segmentation framework based on topological active learning, 2) characterize the topology and geometry of the extracted vessels to obtain a set of novel vascular radiomic markers, and 3) use the developed suite of quantitative vascular biomarkers to establish a risk scoring system for predicting clinical benefit for NSCLC patients undergoing ICI therapy. Specifically, these tools will be optimized to identify patients who will benefit from ICIs on pre-treatment CT. A major strength of our work is to provide clinicians an intuitive informatics platform to visualize topological and geometrical attributes of aberrant vasculature, thereby enabling them to better understand the role of vessel architecture in disease progression from a phenotypic perspective. The team will train these biologically interpretable radiomic tools using a learning set of N=120 NSCLC patients treated with ICI therapy at Stony Brook University Hospital. The developed tools will then be validated on a cohort of N=300 patients, treated at University Hospitals Cleveland Medical Center.
摘要:肿瘤微环境(TME)血管网络具有大量的解剖学数量 以及嵌入成像量表的生理信息。虽然已经显示了像放射线学之类的技术 在几种医学成像应用中的重要承诺,这种方法仅限于捕获属性 例如病变的形态和纹理,不能全面地表征或可视化 异常的TME脉管系统。我们假设血管生成表现为特征性拓扑和 结节外围的脉管系统的几何模式,与疾病进展和 结果。在这个项目中,我们建议在建造中利用这些拓扑和几何结构 与肿瘤相关脉管系统的自适应分割,定量和可视化工具。展示 这些新工具在治疗反应评估中的临床疗效,我们建议针对未完成的临床 响应肺免疫疗法的需求。少于20%的非小细胞肺癌(NSCLC) 接受免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的患者反应良好。此外,相关费用 非常高。评估肿瘤大小变化的分子标记和指标不是很有效 在预测和监视对ICI的响应时。最近已显示出肿瘤内和周围的放射线特征 在结果预测中胜过传统的生物标志物。但是,没有一个现有标记考虑 肿瘤相关的脉管系统在TME的临床评估中,尽管有很强的证据表明其在确定中的作用 疾病的进展和对治疗的反应。一个关键的障碍是缺乏高效且易于使用的3- 临床医生的尺寸(D)脉管系统注释工具。尽管文学丰富,但很难训练自动 脉管系统高度异质和复杂的3D形态的分割模型。这是 在结节外周围特别具有挑战性,病理脉管系统表现出异常但临床表现 相关的几何和拓扑。我们的目标是1)建立一个人类的脉管脉管系统可视化和 基于拓扑主动学习的细分框架,2)表征 提取的血管获得一组新型血管放射素标记,3)使用开发的套件 定量血管生物标志物建立一个风险评分系统,以预测NSCLC的临床益处 接受ICI治疗的患者。具体来说,这些工具将被优化,以识别将受益的患者 从ICIS进行预处理CT。我们工作的主要优势是为临床医生提供直观的信息学 可视化异常脉管系统的拓扑和几何属性的平台,从而使它们能够 从表型的角度,更好地了解血管结构在疾病进展中的作用。团队 将使用经过治疗的n = 120 NSCLC患者的学习集训练这些具有生物学上可解释的放射线工具 在Stony Brook大学医院接受ICI疗法。然后,开发的工具将在一组 n = 300名患者,在大学医院接受治疗,克利夫兰医疗中心。

项目成果

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    $ 17.65万
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