Caracterización metabólica de las lesiones ocupantes de espacio del cerebro (FASTMRSI)

Introducción - Recientemente salió al mercado el primer escáner de RM 7T comercialmente disponible que está aprobado para uso clínico. La principal motivación para ir a intensidades de campo más altas es el hecho de que se puede lograr una mejor SNR en un tiempo de adquisición más corto, o se puede obtener una resolución espacial más alta en el mismo tiempo de medición. La resonancia magnética de alto campo también tiene inconvenientes, p. tasa de absorción específica (SAR) sustancialmente más alta, problemas de distorsión de imagen relacionados con una susceptibilidad más alta y tiempos de relajación longitudinales más largos. No obstante, pasar a campos más altos es especialmente beneficioso para la espectroscopia de RM. Esto se debe al hecho de que una mejor relación señal/ruido (SNR) se combina con una mayor resolución espectral. Las dos técnicas más utilizadas para la obtención de imágenes espectroscópicas (MRSI) son: (i.) técnicas 2D/3D relativamente lentas, como técnicas basadas en PRESS y semiLASER, y (ii.) técnicas rápidas basadas en eco plano 3D (EPI). Aunque la imagen espectroscópica ecoplanar (EPSI) es una técnica que fue introducida por Sir Peter Mansfield en la primera mitad de los años 80, el método aún se mejora continuamente y recientemente se publicaron aplicaciones muy prometedoras relacionadas con el diagnóstico de tumores cerebrales. Cabe mencionar en este contexto el hecho de que el método se puede combinar con la edición espectral para la detección de 2-hidroxi-glutarato (2HG) en pacientes con glioma. 2HG solo está presente si el glioma tiene mutaciones en el gen IDH. Se muestra que los gliomas que tienen la mutación IDH tienen un pronóstico de supervivencia global mucho mejor. Además de la tipificación de tumores cerebrales, las imágenes EPSI de alta resolución también permiten investigar la infiltración tumoral utilizando criterios metabólicos. En la cirugía, la ingesta preoperatoria de ácido 5-aminolevulínico (5-ALA) por parte de los pacientes antes de la cirugía hace que los tejidos de glioma maligno sean fluorescentes de forma selectiva bajo la irradiación de luz azul y el propio tumor se vuelve claramente visible durante la intervención neuroquirúrgica. El hecho de que los pacientes con glioma completamente resecado guiados por 5-ALA tengan un tiempo de supervivencia significativamente mayor subraya la necesidad de conocer los límites exactos del tumor.

Objetivos - Los principales objetivos del estudio propuesto son múltiples:

(i.) El desarrollo de una nueva secuencia de pulsos EPSI que utiliza esquemas de muestreo de espacio k radial 3D, que se centra en la robustez w.r.t. movimiento del paciente, es robusto con respecto a los artefactos de desplazamiento de cambio químico, incluye la posibilidad de edición espectral 2HG, utiliza pulsos de radiofrecuencia (RF) reducidos por SAR y opera con tiempos de adquisición totales que son aceptables para el uso de rutina clínica; (ii.) Comparación de la nueva secuencia con técnicas EPSI convencionales disponibles y técnicas basadas en semiLASER para uso clínico de rutina comparando su rendimiento en 3T y 7T; (iii.) El desarrollo de un algoritmo de ajuste basado en una unidad de procesador gráfico (GPU) para la cuantificación de datos EPSI radiales 3D basados ​​en el algoritmo tdfdfit existente; (iv.) Extensión de un algoritmo de filtrado de calidad automático basado en aprendizaje automático desarrollado localmente para ser aplicado en los nuevos datos EPSI de los investigadores; (v.) Investigación cuantitativa sobre el efecto de las propiedades espaciales no uniformes de transmisión y recepción para todos los metabolitos relevantes y esquemas de corrección de amplitud de señal dependientes del espacio (ampliación de un método desarrollado localmente); (vi.) Investigación de los efectos exactos de la excitación selectiva en sistemas de espín acoplados en J y comparación de estos efectos entre 3T y 7T; (vi.) Estudio de reproducibilidad en 20 voluntarios sanos medidos dos veces con el mismo protocolo (10 registrados dos veces a 7T y 10 registrados dos veces a 3T); (vii.) Aplicación preoperatoria de la secuencia de pulsos EPSI más adecuada en un total de 75 pacientes. Todos los pacientes serán registrados tanto a 3T como a 7T usando los protocolos equivalentes; (ix.) El registro conjunto de datos 3D-EPSI-MRSI preoperatorios y espacialmente resueltos con imágenes 3D-FLAIR y T1c postoperatorias en pacientes con IDH de tipo salvaje con resección completa durante intervenciones neuroquirúrgicas guiadas por 5-ALA proporcionará información sobre si MRSI- las técnicas son útiles para predecir el volumen afectado por el tumor; (x.) Documentación de la ubicación de una biopsia, histología para permitir una mejor correlación entre los patrones espectroscópicos de RM y la histología.

(xi) Comparación del rendimiento de CEST frente a la secuencia CMRR-semiLASER MRSI w.r.t. a la precisión de predicción del tipo IDH del glioma por las dos tecnologías.

Metodología: la implementación de una secuencia EPSI robusta que utiliza esquemas de muestreo y reconstrucción de espacio k radial 3D se realizará en las plataformas de desarrollo IDEA de Siemens para las versiones de software VE y XA. La secuencia se comparará con el rendimiento obtenido con otra implementación EPSI, disponible a través de Siemens, así como con la implementación CMRR del semi-LASER (Localización por reenfoque selectivo adiabático) MEGA (MEscher-GArwood) para la edición 2HG (Espectroscopia CMRR Paquete, 2012). La cuantificación de los datos EPSI de la secuencia de referencia se realizará con el paquete MIDAS. Los datos EPSI de la secuencia novedosa, así como la secuencia MEGA-semi-LASER, se cuantificarán mediante una reimplementación de GPU paralelizada del algoritmo tdfdfit disponible como complemento separado dentro del paquete de espectroscopia jMRUI (jMRUI: usuario de resonancia magnética de java interfaz). El registro conjunto de datos EPSI previos a la cirugía con datos de resonancia magnética estructural posoperatorios se realizará con el programa SPM (Mapeo de parámetros estadísticos). El análisis estadístico adicional y los algoritmos de aprendizaje automático se basarán en el lenguaje de programación estadística "R". Las secuencias de pulso CEST se obtendrán a través de Siemens-Healthineers.

Importancia potencial - (a.) El conocimiento prequirúrgico del estado de IDH permitirá un mejor tratamiento neuroquirúrgico individual del paciente; (b.) El registro conjunto de datos metabólicos de EPSI, con datos de RM estructurales posoperatorios, proporcionará información sobre la utilidad fundamental de las técnicas de MRSI para detectar zonas de infiltración de gliomas; (c.) Seguimiento mejorado de pacientes con glioma con mutación IDH, que normalmente tienen un largo período de progresión mínima, seguido rápidamente por un crecimiento agresivo y una transformación a un grado superior; (d.) La disponibilidad de un biomarcador de imágenes para monitorear la recurrencia del tumor sería un gran avance para todos los pacientes con glioma.