$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Der Zweck dieses Protokolls ist es, mehrere funktionale Bildgebungsparameter aus MRT und PET/CT in einen modellgemittelten neuronalen Netzwerk(avNNet) ML-Algorithmus zu integrieren. Dieser Algorithmus sagt das Wachstum von Makrometastasen in einem Rattenmodell von Brustkrebsknochenmetastasen zu einem frühen Zeitpunkt voraus, wenn makroskopische Veränderungen innerhalb des Knochens noch nicht sichtbar sind.
Vor dem Wachstum von Makrometastasen tritt eine Knochenmarkinvasion von disseminierten Tumorzellen auf, die gemeinhin als mikrometastasierende Erkrankung1,2bezeichnet wird. Diese anfängliche Invasion kann als ein früher Schritt in der metastasierenden Krankheit betrachtet werden, wird aber in der Regel bei herkömmlichenInszenierungsuntersuchungen3,4übersehen. Obwohl die derzeit verfügbaren bildgebenden Modalitäten die Mikroinvasion des Knochenmarks nicht erkennen können, wenn sie allein verwendet werden, hat sich gezeigt, dass eine Kombination von bildgebenden Parametern, die Informationen über Vaskularisation und stoffwechselaktivität liefern,besser5 funktioniert. Dieser ergänzende Nutzen wird durch die Kombination verschiedener Bildparameter zu einem avNNet, einem ML-Algorithmus, erreicht. Ein solches avNNet ermöglicht die zuverlässige Vorhersage der Knochenmakrometastasenbildung, bevor sichtbare Metastasen vorhanden sind. Daher könnte die Integration von bildgebenden Biomarkern in ein avNNet als Ersatzparameter für die Mikroinvasion des Knochenmarks und frühe metastasierende Erkrankungen dienen.
Zur Entwicklung des Protokolls wurde ein zuvor beschriebenes Modell von Brustkrebsknochenmetastasen bei nackten Ratten6,7,8verwendet. Der Vorteil dieses Modells ist seine Standortspezifität, was bedeutet, dass die Tiere knöcherne Metastasen ausschließlich in ihrem rechten Hinterbein entwickeln. Die Tumoraufnahmerate dieses Ansatzes liegt jedoch bei 60 %–80 %, so dass eine beträchtliche Anzahl der Tiere während der Studie keine Metastasen entwickelt. Anhand von bildgebenden Verfahren wie MRT und PET/CT ist das Vorhandensein von Metastasen ab Tag 30 nach der Injektion (PI) nachweisbar. Zu einem früheren Zeitpunkt (z. B. 10 PI) unterscheidet die Bildgebung nicht zwischen Tieren, die eine metastasierende Krankheit entwickeln, und solchen, die nicht auftreten(Abbildung 1).
Ein avNNet, der auf funktionellebildende Parameter trainiert, die am Tag 10 PI erfasst wurden, wie im folgenden Protokoll beschrieben, sagt das Wachstum von Makrometastasen innerhalb der folgenden 3 Wochen zuverlässig voraus oder schließt es aus. Neurale Netzwerke kombinieren künstliche Knoten in verschiedenen Schichten. Im Studienprotokoll stellen die funktionellen bildgebenden Parameter für die Blutversorgung und metabolische Aktivität des Knochenmarks die untere Schicht dar, während die Vorhersage der Malignität die oberste Schicht darstellt. Eine zusätzliche Zwischenebene enthält ausgeblendete Knoten, die sowohl mit der oberen als auch mit der unteren Ebene verbunden sind. Die Stärke der Verbindungen zwischen den verschiedenen Knoten wird während des Trainings des Netzwerks aktualisiert, um die jeweilige Klassifizierungsaufgabe mit hoher Genauigkeitauszuführen 9. Die Genauigkeit eines solchen neuronalen Netzwerks kann durch die Mittelung der Ausgänge mehrerer Modelle weiter erhöht werden, was zu einem avNNet10führt.