Metabole karakterisering van ruimtebezettende laesies van de hersenen (FASTMRSI)

Introductie - Onlangs is de eerste commercieel verkrijgbare 7T MR-scanner op de markt gekomen die goedgekeurd is voor klinisch gebruik. De belangrijkste motivatie om naar hogere veldsterktes te gaan, is het feit dat een betere SNR kan worden bereikt in een kortere acquisitietijd, of een hogere ruimtelijke resolutie kan worden verkregen in dezelfde meettijd. MRI met hoog veld heeft ook nadelen, b.v. substantieel hogere specifieke absorptiesnelheid (SAR), hogere gevoeligheidsgerelateerde beeldvervormingsproblemen en langere longitudinale relaxatietijden. Desalniettemin is het verplaatsen naar hogere velden vooral gunstig voor MR-spectroscopie. Dit komt door het feit dat een betere signaal-ruisverhouding (SNR) wordt gecombineerd met een hogere spectrale resolutie. De twee meest gebruikte technieken voor spectroscopische beeldvorming (MRSI) zijn: (i.) relatief langzame 2D/3D-technieken zoals PRESS- en semiLASER-gebaseerde technieken, en (ii.) snelle 3D echo planar-gebaseerde (EPI) technieken. Hoewel echo planaire spectroscopische beeldvorming (EPSI) een techniek is die in de eerste helft van de jaren 80 door Sir Peter Mansfield is geïntroduceerd, wordt de methode nog steeds voortdurend verbeterd en recent zijn veelbelovende toepassingen met betrekking tot de diagnostiek van hersentumoren gepubliceerd. In dit verband moet worden vermeld dat de methode kan worden gecombineerd met spectrale bewerking voor de detectie van 2-hydroxyglutaraat (2HG) bij glioompatiënten. 2HG is alleen aanwezig als het glioom mutaties heeft in het IDH-gen. Het is aangetoond dat gliomen met de IDH-mutatie een veel betere algehele overlevingsprognose hebben. Naast hersentumortypering maakt EPSI-beeldvorming met hoge resolutie ook onderzoek naar tumorinfiltratie mogelijk met behulp van metabole criteria. Tijdens de operatie zorgt de preoperatieve inname van het 5-aminolevulinezuur (5-ALA) door de patiënt vóór de operatie ervoor dat kwaadaardige glioomweefsels selectief fluorescerend worden onder bestraling met blauw licht en de tumor zelf wordt duidelijk zichtbaar tijdens de neurochirurgische ingreep. Het feit dat 5-ALA-geleide volledig gereseceerde glioompatiënten een significant langere overlevingstijd hebben, onderstreept de noodzaak om de exacte tumorgrenzen te kennen.

Doelstellingen - De belangrijkste doelstellingen van de voorgestelde studie zijn talrijk:

(i.) De ontwikkeling van een nieuwe EPSI-pulssequentie die gebruik maakt van 3D-radiale k-ruimte bemonsteringsschema's, die zich richt op robuustheid tov. beweging van de patiënt, is robuust met betrekking tot artefacten door chemische verschuivingen, omvat de mogelijkheid van 2HG-spectrale bewerking, maakt gebruik van SAR-gereduceerde radiofrequentie (RF) pulsen en werkt met totale acquisitietijden die acceptabel zijn voor klinisch routinematig gebruik; (ii.) Vergelijking van de nieuwe sequentie met beschikbare conventionele EPSI-technieken en semiLASER-gebaseerde technieken voor klinisch routinematig gebruik, waarbij de prestaties bij 3T en 7T worden vergeleken; (iii.) De ontwikkeling van een op grafische processoreenheid (GPU) gebaseerd algoritme voor het kwantificeren van 3D-radiale EPSI-gegevens op basis van het bestaande tdfdfit-algoritme; (iv.) Uitbreiding van een lokaal ontwikkeld op machine learning gebaseerd algoritme voor automatische kwaliteitsfiltering om toe te passen op de nieuwe EPSI-gegevens van de onderzoekers; (v.) Kwantitatief onderzoek naar het effect van ruimtelijke niet-uniforme zend- en ontvangsteigenschappen voor alle relevante metabolieten en ruimtelijk afhankelijke signaalamplitudecorrectieschema's (uitbreiding van een lokaal ontwikkelde methode); (Vi) Onderzoek naar de exacte effecten van selectieve excitatie op J-gekoppelde spinsystemen, en vergelijking van deze effecten tussen 3T en 7T; (vii.) Reproduceerbaarheidsstudie bij 20 gezonde vrijwilligers tweemaal gemeten met hetzelfde protocol (10 tweemaal geregistreerd bij 7T en 10 tweemaal geregistreerd bij 3T); (viii.) Preoperatieve toepassing van de meest geschikte EPSI-pulssequentie bij in totaal 75 patiënten. Alle patiënten worden zowel op 3T als op 7T opgenomen met behulp van de equivalente protocollen; (ix.) Gezamenlijke registratie van preoperatieve, ruimtelijk gescheiden 3D-EPSI-MRSI-gegevens met postoperatieve 3D-FLAIR- en T1c-beeldvorming bij IDH-wildtype-patiënten met volledige resectie tijdens 5-ALA-geleide neurochirurgische ingrepen zal informatie opleveren over de vraag of MRSI- technieken zijn nuttig om het door de tumor aangetaste volume te voorspellen; (x.) Documentatie van de locatie van een biopsie, histologie om een ​​betere correlatie tussen MR-spectroscopische patronen en histologie mogelijk te maken.

(xi) Vergelijking van de prestaties van CEST versus de CMRR-semiLASER MRSI-sequentie w.r.t. aan de voorspellingsnauwkeurigheid van het IDH-type van het glioom door de twee technologieën.

Methodologie - De implementatie van een robuuste EPSI-reeks die gebruikmaakt van 3D-radiale k-ruimte bemonsteringsschema's en reconstructie zal worden uitgevoerd op Siemens IDEA-ontwikkelaarsplatforms voor VE- en XA-softwareversies. De sequentie zal worden vergeleken met de prestaties verkregen met een andere EPSI-implementatie, beschikbaar via Siemens, evenals de CMRR-implementatie van de MEGA (MEscher-GArwood) semi-LASER (Localization by Adiabatic SElective Refocusing) voor 2HG-bewerking (CMRR Spectroscopie). pakket, 2012). De kwantificering van de EPSI-gegevens van de referentiesequentie zal worden uitgevoerd met het MIDAS-pakket. De EPSI-gegevens van zowel de nieuwe sequentie als de MEGA-semi-LASER-sequentie zullen worden gekwantificeerd met behulp van een geparallelliseerde GPU-re-implementatie van het tdfdfit-algoritme dat beschikbaar wordt gesteld als een aparte plug-in binnen het jMRUI-spectroscopiepakket (jMRUI: java magnetic resonance user koppel). Co-registratie van preoperatieve EPSI-gegevens met postoperatieve structurele MRI-gegevens zal worden uitgevoerd met het SPM-programma (Statistical Parameter Mapping). Verdere statistische analyse en machine learning-algoritmen zullen gebaseerd zijn op de statistische programmeertaal "R". De CEST-pulssequenties zullen worden verkregen via Siemens-Healthineers.

Potentiële betekenis - (a.) Pre-chirurgische kennis van de IDH-status zal een betere individuele neurochirurgische behandeling van de patiënt mogelijk maken; (b.) Coregistratie van metabole EPSI-gegevens, met postoperatieve structurele MR-gegevens zal informatie geven over het fundamentele nut van MRSI-technieken om glioominfiltratiezones te detecteren; (c.) Verbeterde follow-up van IDH-gemuteerde glioompatiënten, die doorgaans een lange periode van minimale progressie hebben, snel gevolgd door agressieve groei en transformatie naar een hogere graad; (D.) De beschikbaarheid van een beeldvormende biomarker om tumorrecidief te monitoren zou een grote vooruitgang zijn voor alle glioompatiënten.