Hintergrund: Die Asphärizität (ASP) ist ein Parameter, der Oberfläche und Volumen eines Körpers miteinander in Beziehung setzt und ein Maß für die Formabweichung relativ zur idealen Kugel darstellt. Frühere Studien konnten das Potential der ASP des metabolischen Tumorvolumens (MTV) in der [18F]FDG-PET als prognostischer Marker für das Überleben bei verschiedenen Tumorerkrankungen demonstrieren. Ziel dieser Arbeit ist die Validierung der ASP als prognostischer Marker für das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom (NSCLC) und die Evaluation der Robustheit dieses Parameters für verschiedene Segmentierungsalgorithmen.
Methoden: Eingeschlossen wurden 361 Patient*innen mit NSCLC im Stadium UICC I-IIIA mit präoperativer PET und kurativer Behandlungsintention, die im Zeitraum von 2009 bis 2017 an der Charité-Universitätsmedizin Berlin in Behandlung waren. Die Software ROVER (ABX, Radeberg, DE) wurde zur Auswertung der PET-Daten verwendet. Zur Segmentierung wurde dabei ein iterativer, Hintergrund-adaptiver Schwellenwert basierter Algorithmus (iAT) als Referenzmethode verwendet und mit 16 weiteren Schwellenwert-basierten Algorithmen (FT) verglichen. Mittels Cox-Regression wurde der Einfluss von PET Parametern (ASP, MTV, SUVmax), klinischen (T/N Deskriptor, UICC Stadium), histologischen (ADC vs. SCC) und behandlungsbezogenen Variablen (R-Status, Chemotherapie, Radiotherapie) auf das erkrankungsfreie (DFS) und Gesamtüberleben (OS) untersucht.
Resultate: Von 361 Patient*innen zeigten 178 ein Event, 140 Patient*innen verstarben. In der multivariablen Cox Regression konnte die ASP als unabhängiger Prädiktor für das DFS und OS mit HR 1,13 (95%CI: 1,02-1,25; p=0,017) bzw. 1,13 (95%CI: 1,00-1,27; p=0,043) pro 20% (ΔASP) bestätigt werden. Weiterhin waren Geschlecht, ECOG, UICC-Stadium, R-Status und das Alter unabhängige Prädiktoren für das OS und DFS. Stratifiziert nach UICC Stadium scheint die ASP v.a. in den Stadien I - II sowie für Patient*innen, die einer Chemotherapie zugeführt wurden, einen prognostischen Wert zu besitzen. Die geschätzten Effektgrößen weisen für verschiedene Segmentierungsmethoden kleinere Variationen auf, zeigen sich allerdings allesamt konsistent.
Schlussfolgerung: Die ASP konnte als unabhängiger prognostischer Marker für das OS und DFS bei Patient*innen mit NSCLC im Stadium UICC I - IIIA und kurativer Behandlungsintention validiert werden. Eine prädiktive Rolle der ASP in dieser Gruppe muss durch prospektive Studien weiter untersucht werden. Da die ASP und somit auch die mit ihr assoziierte Effektgrößen je nach verwendetem Segmentierungsalgorithmus, der räumlichen Auflösung des PET-Systems sowie der Schätzungsformeln zur Berechnung der ASP variieren können, müssen diese Faktoren bei der Übertragung der quantitativen Ergebnisse dieser Arbeit auf andere Zentren berücksichtigt werden.
Asphericity (ASP) is calculated from the surface area and volume of an object and is a measure of how the shape of an object differs from that of a sphere. Applied to [18F]FDG uptake in PET imaging ASP yields information on spatial heterogeneity of the metabolic tumour volume (MTV). Previous studies have demonstrated prognostic potential of this parameter in different types of cancer. The aim of the present thesis is to validate the ASP as a prognostic marker in non-small cell lung cancer (NSCLC) and to evaluate the stability of this parameter using different segmentation methods. Patients and Methods: 361 Patients diagnosed with NSCLC in stages UICC I to IIIA who underwent preoperative PET and intended curative treatment at Charité-Universitätsmedizin Berlin between 2009 and 2017 were retrospectively included in the study. The ROVER-tool (ABX, Radeberg, Germany) was used for tumour delineation and for calculation of volumetric parameters including ASP. An iterative adaptive thresholding algorithm (iAT) was used as reference for MTV segmentation and was compared with 16 different thresholding segmentation methods. Cox regression for disease free survival (DFS) and overall survival (OS) was performed with respect to PET parameters (ASP, MTV, SUVmax), clinical (T/N descriptor, UICC stage), histological (ADC vs. SCC) and treatment related (Rx/1 vs. R0 resection, chemo- and radiotherapy y/n) variables. Results: Out of 361 patients an event occurred in 178 and death occured in 140 patients. Multivariable Cox regression demonstrated an independent prognostic value of ASP with a hazard ratio (HR) of 1,13 (95%CI: 1,02-1,25; p=0,017) and 1,13 (95%CI: 1,00-1,27; p=0,043) per 20% (ΔASP) for DFS and OS, respectively. Additionally, male sex, ECOG performance status, UICC stage and age were shown to be independent predictors of survival. Stratified by UICC stage, ASP appears to be prognostic especially in stages I - II and also for patients who underwent chemotherapy. While some variation in the estimated effect sizes were observed for different segmentation algorithms, the direction of effect was overall consistent. Conclusion: ASP was validated as prognostic factor for OS and DFS in patients with NSCLC stages I-IIIA undergoing resection with curative treatment intent. Prognostic effects were strongest in stages I and II and in patients who who underwent chemotherapy. A possible predictive role of ASP has yet to be examined in prospective studies. Since ASP and therefore HRs can vary depending on the specific segmentation algorithm, spacial resolution of the scanner system and technique to estimate ASP, these factors have to be considered when applying the results of the present study to different settings.
