Metabolsk karakterisering av romoppsettende lesjoner i hjernen (FASTMRSI)

Introduksjon - Nylig kom den første kommersielt tilgjengelige 7T MR-skanneren som er godkjent for klinisk bruk på markedet. Hovedmotivasjonen for å gå til høyere feltstyrker er det faktum at bedre SNR kan oppnås på kortere innsamlingstid, eller høyere romlig oppløsning kan oppnås i samme måletid. Høyfelt MR har også ulemper, f.eks. betydelig høyere spesifikk absorpsjonshastighet (SAR), høyere følsomhetsrelaterte bildeforvrengningsproblemer og lengre avslapningstider i lengderetningen. Likevel er flytting til høyere felt spesielt gunstig for MR-spektroskopi. Dette skyldes det faktum at bedre signal-til-støy-rasjon (SNR) er kombinert med høyere spektral oppløsning. De to mest brukte teknikkene for spektroskopisk avbildning (MRSI) er: (i.) relativt langsomme 2D/3D-teknikker som PRESS- og semiLASER-baserte teknikker, og (ii.) raske 3D-ekkoplanbaserte (EPI) teknikker. Selv om ekkoplan spektroskopisk avbildning (EPSI) er en teknikk som ble introdusert av Sir Peter Mansfield i første halvdel av 80-tallet, forbedres metoden fortsatt kontinuerlig, og nylig ble det publisert svært lovende applikasjoner knyttet til hjernesvulstdiagnostikk. Å nevne i denne sammenhengen er det faktum at metoden kan kombineres med spektral redigering for påvisning av 2-hydroksy-glutarat (2HG) hos gliompasienter. 2HG er bare tilstede hvis gliomet som har mutasjoner i IDH-genet. Det er vist at gliomer med IDH-mutasjonen har en mye bedre total overlevelsesprognose. Bortsett fra hjernesvulsttyping, muliggjør EPSI-avbildning med høy oppløsning også undersøkelse av svulstinfiltrasjon ved bruk av metabolske kriterier. I kirurgi gjør pasientens preoperative inntak av 5-aminolevulinsyre (5-ALA) før kirurgi selektivt malignt gliomvev fluorescerende under blålysbestråling og selve svulsten blir tydelig synlig under det nevrokirurgiske inngrepet. Det faktum at 5-ALA-veiledet fullstendig reseksjonert gliompasienter har betydelig lengre overlevelsestid, understreker nødvendigheten av å kjenne de eksakte tumorgrensene.

Mål - Hovedmålene med den foreslåtte studien er mange:

(Jeg.) Utviklingen av en ny EPSI-pulssekvens som bruker 3D-radial k-romsampling, som fokuserer på robusthet w.r.t. pasientbevegelse, er robust med hensyn til artefakter av kjemisk skiftforskyvning, inkluderer muligheten for 2HG-spektral redigering, bruker SAR-reduserte radiofrekvenspulser (RF) og opererer med totale innsamlingstider som er akseptable for klinisk rutinebruk; (ii.) Sammenligning av den nye sekvensen med tilgjengelige konvensjonelle EPSI-teknikker og semiLASER-baserte teknikker for klinisk rutinebruk ved å sammenligne ytelsen ved 3T og 7T; (iii.) Utviklingen av en grafisk prosessorenhet (GPU) basert tilpasningsalgoritme for kvantifisering av 3D-radial EPSI-data basert på den eksisterende tdfdfit-algoritmen; (iv.) Utvidelse av en lokalt utviklet maskinlæringsbasert automatisk kvalitetsfiltreringsalgoritme som skal brukes på forskernes nye EPSI-data; (v.) Kvantitativ undersøkelse av effekten romlige ikke-ensartede sende- og mottaksegenskaper for alle relevante metabolitter og romavhengige signalamplitudekorreksjonsskjemaer (utvidelse av en lokalt utviklet metode); (vi.) Undersøkelse av de eksakte effektene av selektiv eksitasjon på J-koblede spinnsystemer, og sammenligning av disse effektene mellom 3T og 7T; (vii.) Reproduserbarhetsstudie på 20 friske frivillige målt to ganger med samme protokoll (10 registrert to ganger ved 7T og 10 registrert to ganger ved 3T); (viii.) Preoperativ påføring av best egnet EPSI-pulssekvens hos totalt 75 pasienter. Alle pasienter vil bli registrert ved 3T så vel som ved 7T ved bruk av tilsvarende protokoller; (ix.) Samregistrering av preoperative, romlig løste 3D-EPSI-MRSI-data med postoperativ 3D-FLAIR og T1c-avbildning hos IDH-villtypepasienter med fullstendig reseksjon under 5-ALA guidede nevrokirurgiske intervensjoner vil gi informasjon om hvorvidt MRSI- teknikker er nyttige for å forutsi det tumorpåvirkede volumet; (x.) Dokumentasjon av lokalisering av en biopsi, histologi for å muliggjøre en bedre korrelasjon mellom MR-spektroskopiske mønstre og histologi.

(xi) Sammenligning av ytelsen til CEST versus CMRR-semiLASER MRSI-sekvensen w.r.t. til prediksjonsnøyaktigheten til IDH-typen av gliom ved de to teknologiene.

Metodikk - Implementeringen av en robust EPSI-sekvens som bruker 3D-radial k-space samplingskjemaer og rekonstruksjon vil bli utført på Siemens IDEA utviklerplattformer for VE- og XA-programvareversjoner. Sekvensen vil bli sammenlignet med ytelsen oppnådd med en annen EPSI-implementering, tilgjengelig via Siemens, samt CMRR-implementeringen av MEGA (MEscher-GArwood) semi-LASER (Localization by Adiabatic SElective Refocusing) for 2HG-redigering (CMRR Spectroscopy) Pakke, 2012). Kvantifiseringen av EPSI-dataene til referansesekvensen vil bli utført med MIDAS-pakken. EPSI-dataene til den nye sekvensen så vel som MEGA-semi-LASER-sekvensen vil kvantifiseres ved hjelp av en parallellisert GPU-re-implementering av tdfdfit-algoritmen gjort tilgjengelig som separat plugin i jMRUI-spektroskopipakken (jMRUI: java magnetic resonance user grensesnitt). Samregistrering av EPSI-data før kirurgi med postoperative strukturelle MR-data vil bli utført med SPM-programmet (Statistical Parameter Mapping). Ytterligere statistisk analyse og maskinlæringsalgoritmer vil være basert på statistisk programmeringsspråk "R". CEST-pulssekvensene vil bli innhentet via Siemens-Healthineers.

Potensiell betydning - (a.) Pre-kirurgisk kunnskap om IDH-status vil muliggjøre bedre individuell nevrokirurgisk behandling av pasienten; (b.) Koregistrering av metabolske EPSI-data, med postoperative strukturelle MR-data vil gi informasjon om den grunnleggende nytten av MRSI-teknikker for å oppdage gliominfiltrasjonssoner; (c.) Forbedret oppfølging av IDH-muterte gliompasienter, som typisk har en lang periode med minimal progresjon, etterfulgt av aggressiv vekst og transformasjon til høyere grad; (d.) Tilgjengeligheten av en avbildningsbiomarkør for å overvåke tumorresidiv vil være et stort fremskritt for alle gliompasienter.