Metabolisk karakterisering af rumoptagende læsioner i hjernen (FASTMRSI)

Introduktion - For nylig kom den første kommercielt tilgængelige 7T MR-scanner, som er godkendt til klinisk brug, på markedet. Hovedmotivationen for at gå til højere feltstyrker er det faktum, at bedre SNR kan opnås på kortere optagelsestid, eller højere rumlig opløsning kan opnås på samme måletid. Højfelt-MR har også ulemper, f.eks. væsentligt højere specifik absorptionshastighed (SAR), højere følsomhedsrelaterede billedforvrængningsproblemer og længere longitudinelle afslapningstider. Ikke desto mindre er flytning til højere felter særlig gavnlig for MR-spektroskopi. Dette skyldes det faktum, at bedre signal-til-støj-forhold (SNR) kombineres med højere spektral opløsning. De to mest almindeligt anvendte teknikker til spektroskopisk billeddannelse (MRSI) er: (i.) relativ langsomme 2D/3D-teknikker som PRESS- og semiLASER-baserede teknikker og (ii.) hurtige 3D-ekkoplanbaserede (EPI) teknikker. Selvom ekkoplan spektroskopisk billeddannelse (EPSI) er en teknik, der er blevet introduceret af Sir Peter Mansfield i første halvdel af 80'erne, bliver metoden stadig løbende forbedret, og for nylig blev meget lovende applikationer relateret til hjernetumordiagnostik offentliggjort. I denne sammenhæng skal nævnes, at metoden kan kombineres med spektral redigering til påvisning af 2-hydroxy-glutarat (2HG) hos gliompatienter. 2HG er kun til stede, hvis gliomet, der har mutationer i IDH-genet. Det er vist, at gliomer med IDH-mutationen har en meget bedre samlet overlevelsesprognose. Udover hjernetumortypning muliggør EPSI-billeddannelse med høj opløsning også undersøgelse af tumorinfiltration ved hjælp af metaboliske kriterier. Ved kirurgi får patienternes præoperative indtagelse af 5-aminolevulinsyre (5-ALA) før operationen selektivt malignt gliomvæv til at fluorescere under blålysbestråling, og selve tumoren bliver tydeligt synlig under det neurokirurgiske indgreb. Den kendsgerning, at 5-ALA-guidede fuldstændigt resekerede gliompatienter har en betydelig længere overlevelsestid, understreger nødvendigheden af ​​at kende de nøjagtige tumorgrænser.

Mål - Hovedformålene med den foreslåede undersøgelse er mange:

(jeg.) Udviklingen af ​​en ny EPSI-pulssekvens, der anvender 3D-radial k-space sampling-skemaer, der fokuserer på robusthed w.r.t. patientbevægelse, er robust med hensyn til artefakter af kemisk skift-forskydning, inkluderer muligheden for 2HG-spektral redigering, bruger SAR-reducerede radiofrekvensimpulser (RF) og opererer med samlede optagelsestider, der er acceptable til klinisk rutinebrug; (ii.) Sammenligning af den nye sekvens med tilgængelige konventionelle EPSI-teknikker og semiLASER-baserede teknikker til klinisk rutinebrug ved at sammenligne dens ydeevne ved 3T og 7T; (iii.) Udviklingen af ​​en grafisk processorenhed (GPU) baseret tilpasningsalgoritme til kvantificering af 3D-radial EPSI-data baseret på den eksisterende tdfdfit-algoritme; (iv.) Udvidelse af en lokalt udviklet maskinlæringsbaseret automatisk kvalitetsfiltreringsalgoritme, der skal anvendes på forskernes nye EPSI-data; (v.) Kvantitativ undersøgelse af effekten rumlige ikke-ensartede transmissions- og modtageegenskaber for alle relevante metabolitter og rumligt afhængige signalamplitudekorrektionsskemaer (udvidelse af en lokalt udviklet metode); (vi.) Undersøgelse af de nøjagtige effekter af selektiv excitation på J-koblede spin-systemer, og sammenligning af disse effekter mellem 3T og 7T; (vii.) Reproducerbarhedsundersøgelse på 20 raske frivillige målt to gange med den samme protokol (10 optaget to gange ved 7T og 10 optaget to gange ved 3T); (viii.) Præoperativ anvendelse af den bedst egnede EPSI-pulssekvens hos i alt 75 patienter. Alle patienter vil blive optaget ved 3T såvel som ved 7T ved hjælp af de tilsvarende protokoller; (ix.) Samregistrering af præoperative, rumligt opløste 3D-EPSI-MRSI-data med postoperativ 3D-FLAIR og T1c-billeddannelse hos IDH-vildtypepatienter med fuldstændig resektion under 5-ALA-guidede neurokirurgiske indgreb vil give information om, hvorvidt MRSI- teknikker er nyttige til at forudsige det tumorpåvirkede volumen; (x.) Dokumentation af placeringen af ​​en biopsi, histologi for at muliggøre en bedre sammenhæng mellem MR-spektroskopiske mønstre og histologi.

(xi) Sammenligning af ydeevnen af ​​CEST versus CMRR-semiLASER MRSI-sekvensen w.r.t. til forudsigelsesnøjagtigheden af ​​IDH-typen af ​​gliomet ved de to teknologier.

Metode - Implementeringen af ​​en robust EPSI-sekvens, der bruger 3D-radial k-space sampling-skemaer og rekonstruktion vil blive udført på Siemens IDEA-udviklerplatforme til VE- og XA-softwareversioner. Sekvensen vil blive sammenlignet med ydeevnen opnået med en anden EPSI-implementering, tilgængelig via Siemens, såvel som CMRR-implementeringen af ​​MEGA (MEscher-GArwood) semi-LASER (Localization by Adiabatic SElective Refocusing) til 2HG-redigering (CMRR Spectroscopy Pakke, 2012). Kvantificeringen af ​​referencesekvensens EPSI-data vil blive udført med MIDAS-pakken. EPSI-dataene for den nye sekvens såvel som MEGA-semi-LASER-sekvensen vil blive kvantificeret ved hjælp af en paralleliseret GPU-genimplementering af tdfdfit-algoritmen, der er tilgængelig som separat plugin i jMRUI-spektroskopipakken (jMRUI: java magnetic resonance user grænseflade). Samregistrering af EPSI-data før operation med postoperative strukturelle MR-data vil blive udført med SPM-programmet (Statistical Parameter Mapping). Yderligere statistisk analyse og maskinlæringsalgoritmer vil være baseret på statistisk programmeringssprog "R". CEST-pulssekvenserne vil blive opnået via Siemens-Healthineers.

Potentiel betydning - (a.) Præ-kirurgisk viden om IDH-status vil muliggøre bedre individuel neurokirurgisk behandling af patienten; (b.) Samregistrering af metaboliske EPSI-data med postoperative strukturelle MR-data vil give information om den grundlæggende anvendelighed af MRSI-teknikker til at påvise gliominfiltrationszoner; (c.) Forbedret opfølgning af IDH-muterede gliompatienter, som typisk har en lang periode med minimal progression, efterfulgt hurtigt af aggressiv vækst og transformation til højere grad; (d.) Tilgængeligheden af ​​en billeddannende biomarkør til at overvåge tumortilbagefald ville være et stort fremskridt for alle gliompatienter.