Charakterystyka metaboliczna uszkodzeń mózgu zajmujących przestrzeń (FASTMRSI)

Wstęp - Niedawno na rynku pojawił się pierwszy dostępny na rynku 7T skaner MR, który został dopuszczony do użytku klinicznego. Główną motywacją do przejścia na wyższe natężenia pola jest fakt, że lepszy SNR można osiągnąć w krótszym czasie akwizycji lub wyższą rozdzielczość przestrzenną można uzyskać w tym samym czasie pomiaru. MRI wysokiego pola ma również wady, m.in. znacznie wyższy współczynnik absorpcji właściwej (SAR), problemy z zniekształceniami obrazu związane z większą podatnością i dłuższe czasy relaksacji podłużnej. Niemniej jednak przejście do wyższych pól jest szczególnie korzystne dla spektroskopii MR. Wynika to z faktu, że lepszy stosunek sygnału do szumu (SNR) jest połączony z wyższą rozdzielczością widmową. Dwie najczęściej stosowane techniki obrazowania spektroskopowego (MRSI) to: (i.) stosunkowo powolne techniki 2D/3D, takie jak techniki PRESS i semiLASER, oraz (ii.) szybkie techniki 3D oparte na echu planarnym (EPI). Chociaż echoplanarne obrazowanie spektroskopowe (EPSI) jest techniką wprowadzoną przez Sir Petera Mansfielda w pierwszej połowie lat 80., metoda ta jest ciągle udoskonalana, a ostatnio opublikowano bardzo obiecujące zastosowania związane z diagnostyką guzów mózgu. W tym kontekście należy wspomnieć, że sposób ten można łączyć z edycją widma w celu wykrycia 2-hydroksyglutaranu (2HG) u pacjentów z glejakiem. 2HG występuje tylko wtedy, gdy glejak ma mutacje w genie IDH. Wykazano, że glejaki z mutacją IDH mają znacznie lepsze prognozy całkowitego przeżycia. Oprócz typowania guzów mózgu, obrazowanie EPSI w wysokiej rozdzielczości umożliwia również badanie nacieków guza przy użyciu kryteriów metabolicznych. W chirurgii przedoperacyjne przyjmowanie przez pacjentów kwasu 5-aminolewulinowego (5-ALA) przed operacją selektywnie powoduje fluorescencję tkanek glejaka złośliwego pod wpływem naświetlania światłem niebieskim, a sam guz staje się wyraźnie widoczny podczas interwencji neurochirurgicznej. Fakt, że pacjenci z całkowicie usuniętym glejakiem pod kontrolą 5-ALA mają znacznie dłuższy czas przeżycia, podkreśla konieczność poznania dokładnych granic guza.

Cele - Główne cele proponowanego badania są wielorakie:

(I.) Opracowanie nowatorskiej sekwencji impulsów EPSI wykorzystującej schematy próbkowania w promieniowej przestrzeni k 3D, która koncentruje się na solidności w.r.t. ruch pacjenta, jest odporny na artefakty związane z przesunięciem chemicznym, obejmuje możliwość edycji widma 2HG, wykorzystuje impulsy o częstotliwości radiowej (RF) o obniżonym współczynniku SAR i działa z całkowitym czasem akwizycji, który jest akceptowalny w rutynowych zastosowaniach klinicznych; (ii.) Porównanie nowej sekwencji z dostępnymi konwencjonalnymi technikami EPSI i technikami opartymi na semiLASER do rutynowego użytku klinicznego, porównując jej skuteczność przy 3T i 7T; (iii.) Opracowanie algorytmu dopasowania opartego na jednostce procesora graficznego (GPU) do kwantyfikacji promieniowych danych EPSI 3D w oparciu o istniejący algorytm tdfdfit; (iv.) Rozszerzenie opracowanego lokalnie algorytmu automatycznego filtrowania jakości opartego na uczeniu maszynowym, który ma być zastosowany do nowatorskich danych EPSI naukowców; (v.) Ilościowe badanie wpływu przestrzennych niejednolitych właściwości nadawczych i odbiorczych dla wszystkich istotnych metabolitów oraz zależnych przestrzennie schematów korekcji amplitudy sygnału (rozszerzenie metody opracowanej lokalnie); (vi.) Badanie dokładnych efektów selektywnego wzbudzenia na systemy spinowe sprzężone z J i porównanie tych efektów między 3T i 7T; (VII.) Badanie odtwarzalności na 20 zdrowych ochotnikach mierzone dwukrotnie przy użyciu tego samego protokołu (10 zapisanych dwukrotnie przy 7T i 10 zarejestrowanych dwukrotnie przy 3T); (VIII.) Przedoperacyjne zastosowanie najlepiej dopasowanej sekwencji impulsów EPSI u łącznie 75 pacjentów. Wszyscy pacjenci zostaną zarejestrowani w 3T, jak również w 7T przy użyciu równoważnych protokołów; (ix.) Wspólna rejestracja przedoperacyjnych, przestrzennie rozdzielonych danych 3D-EPSI-MRSI z pooperacyjnym obrazowaniem 3D-FLAIR i T1c u pacjentów z IDH typu dzikiego, którzy mieli całkowitą resekcję podczas interwencji neurochirurgicznych kierowanych 5-ALA, dostarczy informacji o tym, czy MRSI- techniki są pomocne w przewidywaniu objętości objętej guzem; (x.) Dokumentacja lokalizacji biopsji, histologia, aby umożliwić lepszą korelację między wzorami spektroskopii MR a histologią.

(xi) Porównanie wydajności CEST z sekwencją CMRR-semiLASER MRSI w.r.t. do dokładności przewidywania glejaka typu IDH za pomocą tych dwóch technologii.

Metodologia — Implementacja solidnej sekwencji EPSI, która wykorzystuje schematy próbkowania i rekonstrukcję promieniowej przestrzeni k 3D, zostanie przeprowadzona na platformach deweloperskich Siemens IDEA dla wersji oprogramowania VE i XA. Sekwencja zostanie porównana z wydajnością uzyskaną za pomocą innej implementacji EPSI, dostępnej za pośrednictwem firmy Siemens, a także implementacji CMRR pół-LASEROWEGO MEGA (MEscher-GArwood) (Lokalizacja przez Adiabatic SElective Refocusing) do edycji 2HG (spektroskopia CMRR Pakiet, 2012). Kwantyfikacja danych EPSI sekwencji odniesienia zostanie przeprowadzona za pomocą pakietu MIDAS. Dane EPSI nowej sekwencji, jak również sekwencja MEGA-semi-LASER zostaną określone ilościowo przy użyciu równoległej ponownej implementacji algorytmu tdfdfit przez GPU, udostępnionej jako oddzielna wtyczka w pakiecie jMRUI-spectroskopia (jMRUI: java użytkownik rezonansu magnetycznego interfejs). Wspólna rejestracja przedoperacyjnych danych EPSI z pooperacyjnymi strukturalnymi danymi MRI zostanie przeprowadzona za pomocą programu SPM (Statistical Parameter Mapping). Dalsza analiza statystyczna i algorytmy uczenia maszynowego będą oparte na statystycznym języku programowania „R”. Sekwencje impulsów CEST zostaną uzyskane za pośrednictwem firmy Siemens-Healthineers.

Potencjalne znaczenie - (a.) Przedoperacyjna wiedza o statusie IDH umożliwi lepsze indywidualne leczenie neurochirurgiczne pacjenta; (b.) Współrejestracja metabolicznych danych EPSI z pooperacyjnymi strukturalnymi danymi MR dostarczy informacji na temat fundamentalnej przydatności technik MRSI do wykrywania stref naciekania glejaka; (c.) Poprawiona obserwacja pacjentów z glejakiem z mutacją IDH, u których typowo występuje długi okres minimalnej progresji, po której następuje gwałtowny wzrost i transformacja do wyższego stopnia; (D.) Dostępność biomarkera obrazowania do monitorowania nawrotów guza byłaby dużym postępem dla wszystkich pacjentów z glejakiem.