Validierung und Weiterentwicklung eines Spektral-CT basierten Biomarkers zur Sarkopeniediagnostik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Hans Meine, Ph.D.; Dr. Isabel Molwitz; Professor Dr. René Werner
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536311164

Hintergrund: Sarkopenie, die eine hohe Prävalenz unter Krebspatienten aufweist, ist assoziiert mit Sturzgefahr, Verletzungen, höheren Komplikationsraten unter Chemotherapie und verkürzter Überlebenszeit. Um frühzeitig mittels Ernährungsberatung und Physiotherapie zu intervenieren, ist die Diagnosesicherung einer Sarkopenie notwendig. Dies erfordert Bestimmung von Muskelmasse oder Muskelqualität. Bestehende radiologische und klinische Verfahren sind durch Messwertverfälschung aufgrund von Kontrastmittel oder Wassereinlagerungen limitiert bzw. abhängig von prospektiver Sequenzauswahl. Die Muskelqualität ist abhängig vom Fettgehalt, der Zusammensetzung und Architektur der Muskulatur. Einen neuartigen, von den genannten Limitationen unabhängigeren Ansatz stellt muskuläre Fettquantifizierung mittels spektraler CT-Materialdekomposition dar. Allerdings variiert die Fettverteilung innerhalb der Muskulatur, was eine 3D-basierte Analyse erfordert. Um die Muskelzusammensetzung und -architektur objektiv zu bestimmen, wären Radiomics-Analysen geeignet, die bislang noch nicht für spektrale CT-Muskelanalysen eingesetzt wurden. Auch steht die Validierung der Eignung spektraler CT-Muskelparameter als Biomarker zur Sarkopeniediagnostik aus. Zielsetzung: Ziel dieses Projekts ist die Weiterentwicklung und Validierung eines Spektral CT-basierten Biomarkers zur Sarkopenie-Diagnostik unter Einbeziehung automatisierter 3D-Segmentierungen und Radiomics-basierter Mustererkennung. Methoden: Inkludiert werden Patienten mit gastrointestinalem Karzinom unter palliativer Chemotherapie und Dual-Layer-Detektor Spektral CT (dlCT) Staging. Das Arbeitsprogramm besteht aus 5 Arbeitspaketen (AP). AP 1 und 3 beinhalten Patientenrekrutierung, Entwicklung und Kalibrierung der Dekompositionssoftware sowie konfirmatorische Akkuranzprüfung der dlCT-Muskelfettquantifizierung entsprechend einer Fallzahlkalkulation von n=127 Patienten mittels MRT-Relaxometrie und mDIXONquant als Referenz. In AP 2 werden automatisierte 3D-Segmentierungsalgorithmen für die abdominelle Muskulatur entwickelt, CT und MRT ko-registriert und eine Steigerung der Robustheit quantifizierter Fettwerte durch 3D-Volumina anstelle von 2D-Analysen geprüft. AP 4 dient der Bestimmung des prädiktiven Wertes des dlCT-Fett- und weiterer dlCT-Werte hinsichtlich klinischer Muskelkraft und -funktion im Vergleich zur CT-Muskelmasse und -dichte. Darüber hinaus wird die Eignung der dlCT-Parameter evaluiert, Patienten zu identifizieren, die, u.a. basierend auf bioelektrischer Impedanzanalyse, an einer Sarkopenie leiden. In AP 5 erfolgt die Entwicklung von Radiomics-Signaturen für dlCT-Daten der Skelettmuskulatur sowie die Berechnung ihres prädiktiven Wertes für klinische Muskelkraft und -funktion sowie zur Sarkopeniedetektion. Zusammenfassend dient das Arbeitsprogramm der Weiterentwicklung und Validierung spektraler CT-Muskelqualitätsbewertung und Evaluation ihrer Eignung als bildgebender Biomarker für die Sarkopeniediagnostik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen