뇌의 공간 점유 병변의 대사 특성 (FASTMRSI)

소개 - 최근 임상용으로 승인된 최초의 상용 7T MR 스캐너가 시장에 출시되었습니다. 더 높은 전계 강도로 이동하는 주된 동기는 더 짧은 획득 시간에 더 나은 SNR을 달성할 수 있거나 동일한 측정 시간에 더 높은 공간 분해능을 얻을 수 있다는 사실입니다. 고 필드 MRI에는 또한 단점이 있습니다. 실질적으로 더 높은 전자파 흡수율(SAR), 더 높은 자화율 관련 이미지 왜곡 문제 및 더 긴 종방향 이완 시간. 그럼에도 불구하고 더 높은 필드로 이동하는 것은 MR 분광법에 특히 유용합니다. 이것은 더 나은 SNR(signal to noise ratio)이 더 높은 스펙트럼 분해능과 결합된다는 사실 때문입니다. 분광 이미징(MRSI)에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 기술은 (i.) PRESS 및 semiLASER 기반 기술과 같은 상대적으로 느린 2D/3D 기술과 (ii.) 빠른 3D 에코 평면 기반(EPI) 기술입니다. EPSI(Echo Planar Spectroscopic Imaging)는 80년대 전반에 Peter Mansfield 경에 의해 도입된 기술이지만, 이 방법은 여전히 ​​지속적으로 개선되고 있으며 최근에는 뇌종양 진단과 관련된 매우 유망한 응용 프로그램이 발표되었습니다. 이 맥락에서 언급할 것은 방법이 신경아교종 환자에서 2-하이드록시-글루타레이트(2HG) 검출을 위한 스펙트럼 편집과 결합될 수 있다는 사실입니다. 2HG는 IDH-유전자에 돌연변이가 있는 신경아교종인 경우에만 존재합니다. IDH-돌연변이를 갖는 신경아교종은 훨씬 더 나은 전체 생존 예후를 갖는 것으로 나타났다. 뇌종양 유형 외에도 고해상도 EPSI 이미징을 통해 대사 기준을 사용하여 종양 침윤을 조사할 수 있습니다. 수술에서 환자가 수술 전에 5-아미노레불린산(5-ALA)을 섭취하면 청색광 조사 하에서 악성 신경아교종 조직이 선택적으로 형광을 발하고 종양 자체가 신경외과적 중재 동안 명확하게 보입니다. 5-ALA 유도 완전 절제 신경교종 환자의 생존 기간이 훨씬 더 길다는 사실은 정확한 종양 경계를 알아야 할 필요성을 강조합니다.

목표 - 제안된 연구의 주요 목표는 다양합니다.

(나.) 견고성에 중점을 둔 3D 방사형 k 공간 샘플링 방식을 활용하는 새로운 EPSI 펄스 시퀀스 개발 환자 움직임, 화학적 이동 변위 아티팩트에 대해 강인함, 2HG 스펙트럼 편집 가능성 포함, SAR 감소 무선 주파수(RF) 펄스 사용, 일상적인 임상 사용에 허용되는 총 획득 시간으로 작동 (ii.) 3T 및 7T에서의 성능을 비교하는 일상적인 임상 사용을 위해 사용 가능한 기존 EPSI 기술 및 semiLASER 기반 기술과 새로운 시퀀스 비교; (iii.) 기존 tdfdfit-algorithm 기반의 3D-radial EPSI-data 정량화를 위한 GPU 기반 피팅 알고리즘 개발; (iv.) 연구원의 새로운 EPSI 데이터에 적용할 로컬에서 개발된 기계 학습 기반 자동 품질 필터링 알고리즘의 확장 (v.) 모든 관련 대사산물 및 공간 종속 신호 진폭 보정 체계(국부적으로 개발된 방법의 확장)에 대한 효과 공간 비균일 전송 및 수신 특성에 대한 정량적 조사; (vi.) J-커플링 스핀 시스템에 대한 선택적 여기의 정확한 효과 조사 및 3T와 7T 사이의 이러한 효과 비교; (vii.) 동일한 프로토콜로 두 번 측정된 20명의 건강한 지원자에 대한 재현성 연구(10명은 7T에서 두 번 기록되고 10명은 3T에서 두 번 기록됨); (viii.) 총 75명의 환자에게 가장 적합한 EPSI 펄스 시퀀스의 수술 전 적용. 모든 환자는 동등한 프로토콜을 사용하여 3T 및 7T에서 기록됩니다. (ix.) 5-ALA 유도 신경외과적 개입 동안 완전한 절제를 받은 IDH-야생형 환자에서 수술 후 3D-FLAIR 및 T1c-이미징과 함께 수술 전, 공간적으로 해결된 3D-EPSI-MRSI 데이터의 공동 등록은 MRSI- 기술은 종양이 영향을 받는 부피를 예측하는 데 도움이 됩니다. (x.) MR-분광 패턴과 조직학 사이의 더 나은 상관관계를 가능하게 하는 조직학, 생검 위치의 문서화.

(xi) CEST와 CMRR-semiLASER MRSI 시퀀스 w.r.t.의 성능 비교 두 기술에 의한 IDH 유형 신경아교종의 예측 정확도에

방법론 - VE 및 XA 소프트웨어 버전용 Siemens IDEA 개발자 플랫폼에서 3D 방사형 k 공간 샘플링 체계 및 재구성을 사용하는 견고한 EPSI 시퀀스의 구현이 수행됩니다. 시퀀스는 Siemens를 통해 사용 가능한 다른 EPSI 구현 및 2HG 편집(CMRR Spectroscopy)을 위한 MEGA(MEscher-GArwood) semi-LASER(Localization by Adiabatic SElective Refocusing)의 CMRR 구현으로 얻은 성능과 비교됩니다. 패키지, 2012). 참조 시퀀스의 EPSI 데이터 정량화는 MIDAS 패키지로 수행됩니다. MEGA-semi-LASER 시퀀스뿐만 아니라 새로운 시퀀스의 EPSI 데이터는 jMRUI-분광법 패키지(jMRUI: java magnetic resonance user 상호 작용). 수술 전 EPSI 데이터와 수술 후 구조적 MRI 데이터의 공동 등록은 SPM(Statistical Parameter Mapping) 프로그램으로 수행됩니다. 추가 통계 분석 및 기계 학습 알고리즘은 통계 프로그래밍 언어 "R"을 기반으로 합니다. CEST 펄스 시퀀스는 Siemens-Healthineers를 통해 얻을 수 있습니다.

잠재적 중요성 - (a.) IDH 상태에 대한 수술 전 지식은 환자의 개별적인 신경외과적 치료를 더 잘 가능하게 할 것입니다. (b.) 수술 후 구조적 MR 데이터와 함께 대사 EPSI 데이터의 공동 등록은 신경아교종 침윤 영역을 감지하기 위한 MRSI 기술의 근본적인 유용성에 대한 정보를 제공할 것입니다. (c.) IDH 돌연변이 신경아교종 환자의 개선된 추적 관찰, 이들은 일반적으로 최소한의 진행 기간이 길고 공격적인 성장과 더 높은 등급으로의 전환이 빠르게 뒤따릅니다. (디.) 종양 재발을 모니터링하기 위한 이미징 바이오마커의 가용성은 모든 신경아교종 환자에게 중요한 발전이 될 것입니다.