Caratterizzazione metabolica delle lesioni occupanti spazio del cervello (FASTMRSI)

Introduzione - Di recente è arrivato sul mercato il primo scanner RM 7T disponibile in commercio e approvato per l'uso clinico. La motivazione principale per passare a intensità di campo più elevate è il fatto che è possibile ottenere un SNR migliore in tempi di acquisizione più brevi o una risoluzione spaziale più elevata nello stesso tempo di misurazione. La risonanza magnetica ad alto campo presenta anche degli svantaggi, ad es. tasso di assorbimento specifico (SAR) sostanzialmente più elevato, problemi di distorsione dell'immagine correlati alla suscettibilità più elevati e tempi di rilassamento longitudinale più lunghi. Tuttavia, il passaggio a campi più elevati è particolarmente vantaggioso per la spettroscopia RM. Ciò è dovuto al fatto che un migliore rapporto segnale/rumore (SNR) è combinato con una maggiore risoluzione spettrale. Le due tecniche più comunemente utilizzate per l'imaging spettroscopico (MRSI) sono: (i.) tecniche 2D/3D lente relative come le tecniche basate su PRESS e semiLASER e (ii.) tecniche basate su EPI (echo planar) 3D veloci. Sebbene l'imaging spettroscopico eco planare (EPSI) sia una tecnica introdotta da Sir Peter Mansfield nella prima metà degli anni '80, il metodo è ancora in continuo miglioramento e recentemente sono state pubblicate applicazioni molto promettenti relative alla diagnostica dei tumori cerebrali. Da menzionare in questo contesto è il fatto che il metodo può essere combinato con l'editing spettrale per la rilevazione del 2-idrossi-glutarato (2HG) nei pazienti affetti da glioma. 2HG è presente solo se il glioma presenta mutazioni nel gene IDH. È dimostrato che i gliomi con la mutazione IDH hanno una prognosi di sopravvivenza globale molto migliore. Oltre alla tipizzazione del tumore cerebrale, l'imaging EPSI ad alta risoluzione consente anche di indagare l'infiltrazione del tumore utilizzando criteri metabolici. In chirurgia l'assunzione preoperatoria da parte dei pazienti dell'acido 5-aminolevulinico (5-ALA) prima dell'intervento rende selettivamente i tessuti del glioma maligno fluorescenti sotto irradiazione di luce blu e il tumore stesso diventa chiaramente visibile durante l'intervento neurochirurgico. Il fatto che i pazienti con glioma completamente resecato da 5-ALA abbiano un tempo di sopravvivenza significativamente più lungo, sottolinea la necessità di conoscere gli esatti confini del tumore.

Obiettivi - Gli obiettivi principali dello studio proposto sono molteplici:

(io.) Lo sviluppo di una nuova sequenza di impulsi EPSI che utilizza schemi di campionamento dello spazio k radiale 3D, che si concentra sulla robustezza w.r.t. il movimento del paziente, è robusto rispetto agli artefatti di spostamento dello spostamento chimico, include la possibilità di editing spettrale 2HG, utilizza impulsi a radiofrequenza (RF) a SAR ridotto e opera con tempi di acquisizione totali accettabili per l'uso clinico di routine; (ii.) Confronto della nuova sequenza con le tecniche EPSI convenzionali disponibili e le tecniche basate su semiLASER per l'uso clinico di routine confrontando le sue prestazioni a 3T e 7T; (iii.) Lo sviluppo di un algoritmo di adattamento basato su unità di processore grafico (GPU) per la quantificazione di dati EPSI radiali 3D basati sull'algoritmo tdfdfit esistente; (iv.) Estensione di un algoritmo di filtraggio automatico della qualità basato sull'apprendimento automatico sviluppato localmente da applicare ai nuovi dati EPSI dei ricercatori; (v.) Indagine quantitativa sulle proprietà di trasmissione e ricezione non uniformi spaziali dell'effetto per tutti i metaboliti rilevanti e schemi di correzione dell'ampiezza del segnale dipendenti dallo spazio (estensione di un metodo sviluppato localmente); (vi.) Indagine sugli esatti effetti dell'eccitazione selettiva sui sistemi di spin accoppiati a J e confronto di questi effetti tra 3T e 7T; (vii.) Studio di riproducibilità su 20 volontari sani misurati due volte con lo stesso protocollo (10 registrati due volte a 7T e 10 registrati due volte a 3T); (viii.) Applicazione preoperatoria della sequenza di impulsi EPSI più adatta a un totale di 75 pazienti. Tutti i pazienti saranno registrati sia a 3T che a 7T utilizzando i protocolli equivalenti; (ix.) La co-registrazione di dati 3D-EPSI-MRSI preoperatori, risolti spazialmente con immagini 3D-FLAIR e T1c postoperatorie in pazienti IDH-wildtype con resezione completa durante interventi neurochirurgici guidati da 5-ALA fornirà informazioni sull'eventuale MRSI- le tecniche sono utili per prevedere il volume interessato dal tumore; (x.) Documentazione della posizione di una biopsia, istologia per consentire una migliore correlazione tra modelli spettroscopici MR e istologia.

(xi) Confronto delle prestazioni di CEST rispetto alla sequenza CMRR-semiLASER MRSI w.r.t. all'accuratezza della previsione del tipo IDH del glioma mediante le due tecnologie.

Metodologia - L'implementazione di una robusta sequenza EPSI che utilizza schemi di campionamento e ricostruzione dello spazio k radiale 3D sarà eseguita su piattaforme di sviluppo Siemens IDEA per versioni software VE e XA. La sequenza sarà confrontata con le prestazioni ottenute con un'altra implementazione EPSI, disponibile tramite Siemens, così come l'implementazione CMRR del semi-LASER MEGA (MEscher-GArwood) (Localization by Adiabatic SElective Refocusing) per l'editing 2HG (CMRR Spectroscopy Pacchetto, 2012). La quantificazione dei dati EPSI della sequenza di riferimento sarà eseguita con il pacchetto MIDAS. I dati EPSI della nuova sequenza così come la sequenza MEGA-semi-LASER saranno quantificati utilizzando una reimplementazione GPU parallelizzata dell'algoritmo tdfdfit reso disponibile come plug-in separato all'interno del pacchetto jMRUI-spectroscopy (jMRUI: java magnetic resonance user interfaccia). La co-registrazione dei dati EPSI preoperatori con i dati MRI strutturali postoperatori sarà eseguita con il programma SPM (Statistical Parameter Mapping). Ulteriori analisi statistiche e algoritmi di apprendimento automatico saranno basati sul linguaggio di programmazione statistica "R". Le sequenze di impulsi CEST saranno ottenute tramite Siemens-Healthineers.

Significato potenziale - (a.) La conoscenza pre-chirurgica dello stato IDH consentirà un migliore trattamento neurochirurgico individuale del paziente; (b.) La coregistrazione dei dati metabolici EPSI, con i dati MR strutturali post-operatori fornirà informazioni sull'utilità fondamentale delle tecniche MRSI per rilevare le zone di infiltrazione del glioma; (c.) Miglioramento del follow-up dei pazienti con glioma con mutazione IDH, che in genere hanno un lungo periodo di progressione minima, seguito rapidamente da una crescita aggressiva e trasformazione a grado superiore; (D.) La disponibilità di un biomarcatore di imaging per monitorare la recidiva del tumore rappresenterebbe un importante progresso per tutti i pazienti affetti da glioma.