Caracterização Metabólica de Lesões Ocupando Espaço no Cérebro (FASTMRSI)

Introdução - Recentemente, o primeiro scanner de RM de 7T disponível comercialmente e aprovado para uso clínico foi lançado no mercado. A principal motivação para ir para intensidades de campo mais altas é o fato de que melhor SNR pode ser alcançado em menor tempo de aquisição, ou maior resolução espacial pode ser obtida no mesmo tempo de medição. A RM de alto campo também tem desvantagens, por ex. taxa de absorção específica (SAR) substancialmente mais alta, problemas de distorção de imagem relacionados a maior suscetibilidade e tempos de relaxamento longitudinal mais longos. No entanto, mover-se para campos mais altos é especialmente benéfico para a espectroscopia de RM. Isso se deve ao fato de que uma melhor relação sinal-ruído (SNR) é combinada com uma resolução espectral mais alta. As duas técnicas mais comumente usadas para imagens espectroscópicas (MRSI) são: (i.) técnicas 2D/3D relativamente lentas, como técnicas baseadas em PRESS e semiLASER, e (ii.) técnicas baseadas em eco planar 3D rápido (EPI). Embora a imagem espectroscópica ecoplanar (EPSI) seja uma técnica que foi introduzida por Sir Peter Mansfield na primeira metade dos anos 80, o método ainda está sendo aprimorado continuamente e, recentemente, aplicações muito promissoras relacionadas ao diagnóstico de tumores cerebrais foram publicadas. Deve ser mencionado neste contexto o fato de que o método pode ser combinado com edição espectral para a detecção de 2-hidroxi-glutarato (2HG) em pacientes com glioma. 2HG só está presente se o glioma tiver mutações no gene IDH. É demonstrado que os gliomas com a mutação IDH têm um prognóstico de sobrevida global muito melhor. Além da tipagem do tumor cerebral, a imagem EPSI de alta resolução também permite a investigação da infiltração do tumor usando critérios metabólicos. Na cirurgia, a ingestão pré-operatória de ácido 5-aminolevulínico (5-ALA) pelos pacientes torna seletivamente os tecidos de glioma maligno fluorescentes sob irradiação de luz azul e o próprio tumor torna-se claramente visível durante a intervenção neurocirúrgica. O fato de pacientes com glioma completamente ressecados guiados por 5-ALA terem um tempo de sobrevida significativamente maior, sublinha a necessidade de conhecer os limites exatos do tumor.

Objetivos - Os objetivos principais do estudo proposto são múltiplos:

(eu.) O desenvolvimento de uma nova sequência de pulsos EPSI utilizando esquemas de amostragem de espaço k radial 3D, que se concentra na robustez w.r.t. movimento do paciente, é robusto em relação a artefatos de deslocamento de deslocamento químico, inclui a possibilidade de edição espectral 2HG, usa pulsos de radiofrequência (RF) SAR reduzidos e opera com tempos totais de aquisição aceitáveis ​​para uso de rotina clínica; (ii.) Comparação da nova sequência com técnicas EPSI convencionais disponíveis e técnicas baseadas em semiLASER para uso clínico rotineiro comparando seu desempenho em 3T e 7T; (iii.) O desenvolvimento de um algoritmo de ajuste baseado em unidade de processador gráfico (GPU) para quantificação de dados EPSI radiais 3D com base no algoritmo tdfdfit existente; (4.) Extensão de um algoritmo de filtragem automática de qualidade baseado em aprendizado de máquina desenvolvido localmente para ser aplicado nos novos dados EPSI dos pesquisadores; (v.) Investigação quantitativa sobre o efeito espacial não uniforme das propriedades de transmissão e recepção para todos os metabólitos relevantes e esquemas de correção de amplitude de sinal dependentes do espaço (extensão de um método desenvolvido localmente); (vi.) Investigação dos efeitos exatos da excitação seletiva em sistemas de spin acoplados a J e comparação desses efeitos entre 3T e 7T; (vii.) Estudo de reprodutibilidade em 20 voluntários saudáveis ​​medidos duas vezes com o mesmo protocolo (10 registrados duas vezes em 7T e 10 registrados duas vezes em 3T); (viii.) Aplicação pré-operatória da sequência EPSI-pulso mais adequada em um total de 75 pacientes. Todos os pacientes serão registrados em 3T, bem como em 7T usando os protocolos equivalentes; (ix.) O co-registro de dados 3D-EPSI-MRSI pré-operatórios e espacialmente resolvidos com imagens 3D-FLAIR e T1c pós-operatórias em pacientes IDH tipo selvagem com ressecção completa durante intervenções neurocirúrgicas guiadas por 5-ALA fornecerá informações sobre se MRSI- as técnicas são úteis para predizer o volume afetado pelo tumor; (x.) Documentação da localização de uma biópsia, histologia para permitir uma melhor correlação entre padrões espectroscópicos de RM e histologia.

(xi) Comparação do desempenho de CEST versus a sequência CMRR-semiLASER MRSI w.r.t. à precisão da predição do tipo IDH do glioma pelas duas tecnologias.

Metodologia - A implementação de uma sequência EPSI robusta que usa esquemas de amostragem 3D-radial do espaço k e reconstrução será realizada em plataformas de desenvolvedor Siemens IDEA para versões de software VE e XA. A sequência será comparada com o desempenho obtido com outra implementação EPSI, disponível via Siemens, bem como a implementação CMRR do semi-LASER MEGA (MEscher-GArwood) (Localization by Adiabatic SElective Refocusing) para edição 2HG (CMRR Spectroscopy Pacote, 2012). A quantificação dos dados EPSI da sequência de referência será realizada com o pacote MIDAS. Os dados EPSI da nova sequência, bem como a sequência MEGA-semi-LASER, serão quantificados usando uma reimplementação GPU paralela do algoritmo tdfdfit disponibilizado como plug-in separado no pacote jMRUI-spectroscopy (jMRUI: usuário de ressonância magnética java interface). O co-registro de dados EPSI pré-cirúrgicos com dados estruturais de MRI pós-operatórios será realizado com o programa SPM (Mapeamento de Parâmetros Estatísticos). Outras análises estatísticas e algoritmos de aprendizado de máquina serão baseados na linguagem de programação estatística "R". As sequências de pulso CEST serão obtidas via Siemens-Healthineers.

Significado potencial - (a.) O conhecimento pré-cirúrgico do estado de IDH permitirá um melhor tratamento neurocirúrgico individual do paciente; (b.) O co-registro de dados metabólicos de EPSI, com dados de RM estruturais pós-operatórios fornecerá informações sobre a utilidade fundamental das técnicas de MRSI para detectar zonas de infiltração de glioma; (c.) Acompanhamento aprimorado de pacientes com glioma com mutação IDH, que normalmente têm um longo período de progressão mínima, seguido rapidamente por crescimento agressivo e transformação para grau superior; (D.) A disponibilidade de um biomarcador de imagem para monitorar a recorrência do tumor seria um grande avanço para todos os pacientes com glioma.