Caractérisation métabolique des lésions occupant l'espace du cerveau (FASTMRSI)

Introduction - Récemment, le premier scanner MR 7T disponible dans le commerce et approuvé pour une utilisation clinique est arrivé sur le marché. La principale motivation pour passer à des intensités de champ plus élevées est le fait qu'un meilleur SNR peut être obtenu en un temps d'acquisition plus court, ou qu'une résolution spatiale plus élevée peut être obtenue dans le même temps de mesure. L'IRM à champ élevé présente également des inconvénients, par ex. un taux d'absorption spécifique (SAR) sensiblement plus élevé, des problèmes de distorsion d'image liés à une susceptibilité plus élevée et des temps de relaxation longitudinale plus longs. Néanmoins, le passage à des champs plus élevés est particulièrement bénéfique pour la spectroscopie MR. Cela est dû au fait qu'un meilleur rapport signal sur bruit (SNR) est combiné à une résolution spectrale plus élevée. Les deux techniques les plus couramment utilisées pour l'imagerie spectroscopique (MRSI) sont : (i.) les techniques 2D/3D relativement lentes telles que les techniques basées sur PRESS et semiLASER, et (ii.) les techniques rapides basées sur l'écho planaire 3D (EPI). Bien que l'imagerie spectroscopique planaire écho (EPSI) soit une technique qui a été introduite par Sir Peter Mansfield dans la première moitié des années 80, la méthode est toujours en constante amélioration et des applications très prometteuses liées au diagnostic des tumeurs cérébrales ont récemment été publiées. Il convient de mentionner dans ce contexte le fait que la méthode peut être combinée avec l'édition spectrale pour la détection du 2-hydroxy-glutarate (2HG) chez les patients atteints de gliome. 2HG n'est présent que si le gliome a des mutations dans le gène IDH. Il est démontré que les gliomes porteurs de la mutation IDH ont un bien meilleur pronostic de survie globale. Outre le typage des tumeurs cérébrales, l'imagerie EPSI haute résolution permet également d'étudier l'infiltration tumorale à l'aide de critères métaboliques. En chirurgie, l'apport préopératoire d'acide 5-aminolévulinique (5-ALA) avant la chirurgie rend sélectivement les tissus du gliome malin fluorescents sous irradiation à la lumière bleue et la tumeur elle-même devient clairement visible pendant l'intervention neurochirurgicale. Le fait que les patients atteints de gliomes complètement réséqués guidés par 5-ALA ont un temps de survie significativement plus long, souligne la nécessité de connaître les limites exactes de la tumeur.

Objectifs - Les objectifs majeurs de l'étude proposée sont multiples :

(je.) Le développement d'une nouvelle séquence d'impulsions EPSI utilisant des schémas d'échantillonnage de l'espace k radial 3D, qui met l'accent sur la robustesse w.r.t. mouvement du patient, est robuste vis-à-vis des artefacts de déplacement par déplacement chimique, inclut la possibilité d'édition spectrale 2HG, utilise des impulsions de radiofréquence (RF) à réduction SAR et fonctionne avec des temps d'acquisition totaux acceptables pour une utilisation clinique de routine ; (ii.) Comparaison de la nouvelle séquence avec les techniques EPSI conventionnelles disponibles et les techniques semi-LASER pour une utilisation clinique de routine comparant ses performances à 3T et 7T ; (iii.) Le développement d'un algorithme d'ajustement basé sur un processeur graphique (GPU) pour la quantification des données EPSI radiales 3D sur la base de l'algorithme tdfdfit existant ; (iv.) Extension d'un algorithme de filtrage automatique de la qualité basé sur l'apprentissage automatique développé localement à appliquer sur les nouvelles données EPSI des chercheurs ; (v.) Enquête quantitative sur l'effet des propriétés d'émission et de réception spatiales non uniformes pour tous les métabolites pertinents et les schémas de correction de l'amplitude du signal dépendant de l'espace (extension d'une méthode développée localement) ; (vi.) Etude des effets exacts de l'excitation sélective sur les systèmes de spin couplés en J, et comparaison de ces effets entre 3T et 7T ; (vii.) Etude de reproductibilité sur 20 volontaires sains mesurés 2 fois avec le même protocole (10 enregistrés 2 fois à 7T et 10 enregistrés 2 fois à 3T) ; (viii.) Application préopératoire de la séquence d'impulsions EPSI la mieux adaptée à un total de 75 patients. Tous les patients seront enregistrés à 3T ainsi qu'à 7T en utilisant les protocoles équivalents ; (ix.) Le co-enregistrement des données 3D-EPSI-MRSI préopératoires et spatialement résolues avec l'imagerie postopératoire 3D-FLAIR et T1c chez les patients IDH de type sauvage ayant subi une résection complète au cours d'interventions neurochirurgicales guidées par 5-ALA fournira des informations sur la question de savoir si MRSI- les techniques sont utiles pour prédire le volume affecté par la tumeur ; (x.) Documentation de l'emplacement d'une biopsie, histologie pour permettre une meilleure corrélation entre les modèles de spectroscopie RM et l'histologie.

(xi) Comparaison des performances de CEST par rapport à la séquence CMRR-semiLASER MRSI w.r.t. à la précision de prédiction du type IDH du gliome par les deux technologies.

Méthodologie - La mise en œuvre d'une séquence EPSI robuste qui utilise des schémas d'échantillonnage et de reconstruction de l'espace k radial 3D sera effectuée sur les plates-formes de développement Siemens IDEA pour les versions logicielles VE et XA. La séquence sera comparée aux performances obtenues avec une autre implémentation EPSI, disponible via Siemens, ainsi qu'avec l'implémentation CMRR du semi-LASER MEGA (MEscher-GArwood) (localisation par refocalisation sélective adiabatique) pour le montage 2HG (spectroscopie CMRR Colis, 2012). La quantification des données EPSI de la séquence de référence sera effectuée avec le package MIDAS. Les données EPSI de la nouvelle séquence ainsi que la séquence MEGA-semi-LASER seront quantifiées à l'aide d'une réimplémentation GPU parallélisée de l'algorithme tdfdfit mis à disposition sous forme de plug-in séparé dans le package jMRUI-spectroscopy (jMRUI : utilisateur de résonance magnétique java interface). Le co-enregistrement des données EPSI préopératoires avec les données IRM structurelles postopératoires sera effectué avec le programme SPM (Statistical Parameter Mapping). D'autres algorithmes d'analyse statistique et d'apprentissage automatique seront basés sur le langage de programmation statistique "R". Les séquences d'impulsions CEST seront obtenues via Siemens-Healthineers.

Signification potentielle - (a.) La connaissance pré-chirurgicale du statut IDH permettra un meilleur traitement neurochirurgical individuel du patient ; (b.) Le coregistration des données EPSI métaboliques, avec les données IRM structurelles post-opératoires, fournira des informations sur l'utilité fondamentale des techniques MRSI pour détecter les zones d'infiltration de gliome ; (c.) Amélioration du suivi des patients atteints de gliome muté par IDH, qui ont généralement une longue période de progression minimale, suivie rapidement d'une croissance agressive et d'une transformation vers un grade supérieur ; (d.) La disponibilité d'un biomarqueur d'imagerie pour surveiller la récidive tumorale serait une avancée majeure pour tous les patients atteints de gliome.