脳の空間占有病変の代謝特性評価 (FASTMRSI)

はじめに - 最近、臨床使用が承認された最初の市販の 7T MR スキャナーが市場に登場しました。 より高い電界強度に移行する主な動機は、より短い取得時間でより良い SNR を達成できる、または同じ測定時間でより高い空間分解能を取得できるという事実です。 高磁場MRIにも欠点があります。 大幅に高い比吸収率 (SAR)、高い感受性に関連する画像の歪みの問題、およびより長い縦緩和時間。 それにもかかわらず、より高いフィールドに移動することは、MR分光法にとって特に有益です。 これは、信号対雑音比 (SNR) が向上すると、スペクトル分解能が向上するためです。 分光イメージング (MRSI) で最も一般的に使用される 2 つの技術は、(i.) PRESS やセミレーザー ベースの技術のような比較的低速な 2D/3D 技術、および (ii.) 高速 3D エコー プラナー ベース (EPI) 技術です。 エコー プラナー分光イメージング (EPSI) は、80 年代前半にピーター マンスフィールド卿によって導入された技術ですが、この方法は現在も継続的に改善されており、最近、脳腫瘍の診断に関連する非常に有望なアプリケーションが公開されました。 このコンテキストで言及することは、神経膠腫患者の 2-ヒドロキシ-グルタル酸 (2HG) の検出のために、この方法をスペクトル編集と組み合わせることができるという事実です。 2HG は、IDH 遺伝子に変異がある神経膠腫の場合にのみ存在します。 IDH変異を有する神経膠腫は、全生存予後がはるかに良好であることが示されています。 脳腫瘍のタイピングとは別に、高解像度の EPSI イメージングにより、代謝基準を使用した腫瘍浸潤の調査も可能になります。 手術では、患者が手術前に 5-アミノレブリン酸 (5-ALA) を術前に摂取すると、悪性神経膠腫組織が青色光照射下で選択的に蛍光を発し、脳神経外科的介入中に腫瘍自体がはっきりと見えるようになります。 5-ALA 誘導による完全切除された神経膠腫患者の生存期間が有意に長いという事実は、正確な腫瘍境界を知る必要性を強調しています。

目的 - 提案された研究の主な目的は多岐にわたります。

（私。） 3D ラジアル k スペース サンプリング スキームを利用した新しい EPSI パルス シーケンスの開発。 患者の動き、化学シフト変位アーティファクトに関してロバスト、2HG スペクトル編集の可能性を含み、SAR 低減無線周波数 (RF) パルスを使用し、臨床ルーチンの使用に許容される合計取得時間で動作します。 (ⅱ) 新規シーケンスと、3T および 7T での性能を比較する臨床ルーチン使用のための利用可能な従来の EPSI 技術およびセミレーザーベースの技術との比較。 (iii.) 既存の tdfdfit アルゴリズムに基づく 3D ラジアル EPSI データの定量化のためのグラフィック プロセッサ ユニット (GPU) ベースのフィッティング アルゴリズムの開発。 (iv.) 研究者の新しい EPSI データに適用される、ローカルで開発された機械学習ベースの自動品質フィルタリング アルゴリズムの拡張。 (v.) 関連するすべての代謝物および空間依存信号振幅補正スキームの効果空間的不均一送信および受信特性に関する定量的調査 (ローカルで開発された方法の拡張); (vi.) J結合スピン系に対する選択的励起の正確な効果の調査、および3Tと7T間のこれらの効果の比較。 (vii.) 20 人の健康なボランティアに関する再現性研究は、同じプロトコルで 2 回測定されました (10 人は 7T で 2 回記録され、10 人は 3T で 2 回記録されました)。 (ⅷ) 合計 75 人の患者に最適な EPSI パルス シーケンスを術前に適用。 すべての患者は、同等のプロトコルを使用して 3T と 7T で記録されます。 (ⅸ) 5-ALA 誘導脳神経外科的介入中に完全切除された IDH 野生型患者における術前の空間分解 3D-EPSI-MRSI データと術後 3D-FLAIR および T1c イメージングの同時登録は、MRSI-技術は、腫瘍の影響を受けた体積を予測するのに役立ちます。 (x.) MR 分光パターンと組織学との間のより良い相関を可能にする生検、組織学の位置の文書化。

(xi) CEST と CMRR-semiLASER MRSI シーケンス w.r.t の性能の比較。 2つの技術により、神経膠腫のIDH型の予測精度が向上しました。

方法論 - 3D-radial k-space サンプリング スキームと再構成を使用する堅牢な EPSI シーケンスの実装は、VE および XA ソフトウェア バージョンの Siemens IDEA 開発者プラットフォームで実行されます。 このシーケンスは、Siemens から入手可能な別の EPSI 実装で得られたパフォーマンスと比較されます。また、2HG 編集 (CMRR 分光法パッケージ、2012）。 参照配列の EPSI データの定量化は、MIDAS パッケージで実行されます。 新しいシーケンスと MEGA-semi-LASER シーケンスの EPSI データは、jMRUI-spectroscopy パッケージ内の別のプラグインとして利用できる tdfdfit-algorithm の並列化された GPU 再実装を使用して定量化されます (jMRUI: Java 磁気共鳴ユーザーインターフェース）。 手術前の EPSI データと手術後の構造 MRI データの同時登録は、SPM (統計パラメーター マッピング) プログラムを使用して実行されます。 さらなる統計分析と機械学習アルゴリズムは、統計プログラミング言語「R」に基づいています。 CEST パルス シーケンスは、Siemens-Healthineers から取得されます。

潜在的な重要性 - (a.) IDH 状態の手術前の知識は、患者のより良い個別の脳神経外科治療を可能にします。 (b.)代謝EPSIデータと術後の構造MRデータの同時登録は、神経膠腫浸潤ゾーンを検出するためのMRSI技術の基本的な有用性に関する情報を提供します。 (c.) IDH 変異神経膠腫患者の追跡調査の改善。この患者は、典型的には最小限の進行の期間が長く、その後急速に急速に成長し、より高い悪性度へと変化します。 (d.) 腫瘍の再発を監視するための画像バイオマーカーが利用可能になることは、すべての神経膠腫患者にとって大きな進歩となるでしょう。