Метаболическая характеристика объемных поражений головного мозга (FASTMRSI)

Введение. Недавно на рынок поступил первый коммерчески доступный МР-сканер 7T, одобренный для клинического использования. Основной мотивацией для перехода к более высоким значениям напряженности поля является тот факт, что лучшее отношение сигнал-шум может быть достигнуто за более короткое время сбора данных или более высокое пространственное разрешение может быть получено за то же время измерения. МРТ с высоким полем также имеет недостатки, например. значительно более высокая удельная скорость поглощения (SAR), более высокая восприимчивость к проблемам искажения изображения и более длительное время продольной релаксации. Тем не менее переход к более высоким полям особенно выгоден для МР-спектроскопии. Это связано с тем, что лучшее отношение сигнал-шум (SNR) сочетается с более высоким спектральным разрешением. Двумя наиболее часто используемыми методами спектроскопической визуализации (MRSI) являются: (i.) относительно медленные методы 2D/3D, такие как методы на основе PRESS и semiLASER, и (ii) быстрые методы на основе 3D-эхо-плоскости (EPI). Хотя эхо-планарная спектроскопическая визуализация (EPSI) представляет собой метод, который был представлен сэром Питером Мэнсфилдом в первой половине 80-х годов, этот метод все еще постоянно совершенствуется, и недавно были опубликованы многообещающие приложения, связанные с диагностикой опухолей головного мозга. В этом контексте следует упомянуть тот факт, что этот метод можно комбинировать со спектральным редактированием для обнаружения 2-гидроксиглутарата (2HG) у пациентов с глиомой. 2HG присутствует только в том случае, если глиома имеет мутации в IDH-гене. Показано, что глиомы с мутацией IDH имеют гораздо лучший прогноз общей выживаемости. Помимо типирования опухолей головного мозга, визуализация EPSI с высоким разрешением также позволяет исследовать инфильтрацию опухоли с использованием метаболических критериев. В хирургии предоперационный прием пациентами 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК) перед операцией избирательно приводит к тому, что ткани злокачественной глиомы флуоресцируют в синем свете, а сама опухоль становится отчетливо видимой во время нейрохирургического вмешательства. Тот факт, что у пациентов с полностью удаленной глиомой под контролем 5-ALA продолжительность жизни значительно выше, подчеркивает необходимость знать точные границы опухоли.

Цели. Основные цели предлагаемого исследования разнообразны:

(я.) Разработка новой последовательности EPSI-импульсов с использованием 3D-радиальных схем дискретизации k-пространства, которая фокусируется на надежности по отношению к. движение пациента, устойчив к артефактам смещения химического сдвига, включает возможность редактирования спектра 2HG, использует радиочастотные (РЧ) импульсы с уменьшенным SAR и работает с общим временем сбора данных, приемлемым для рутинного клинического использования; (ii.) Сравнение новой последовательности с доступными традиционными методами EPSI и полулазерными методами для рутинного клинического использования, сравнивая ее эффективность при 3T и 7T; (III.) Разработка алгоритма подгонки на основе графического процессора (GPU) для количественной оценки 3D-радиальных EPSI-данных на основе существующего алгоритма tdfdfit; (IV.) Расширение локально разработанного алгоритма автоматической фильтрации качества на основе машинного обучения для применения к новым EPSI-данным исследователей; (v.) Количественное исследование эффекта пространственной неоднородности передачи и приема для всех соответствующих метаболитов и схем пространственно-зависимой коррекции амплитуды сигнала (расширение локально разработанного метода); (VI.) Исследование точных эффектов избирательного возбуждения на J-связанные спиновые системы и сравнение этих эффектов между 3T и 7T; (VII.) Исследование воспроизводимости на 20 здоровых добровольцах, дважды измеренных по одному и тому же протоколу (у 10 — дважды при 7Т и у 10 — дважды при 3Т); (VIII.) Предоперационное применение наиболее подходящей последовательности импульсов EPSI у 75 пациентов. Все пациенты будут зарегистрированы в 3T, а также в 7T с использованием эквивалентных протоколов; (IX.) Совместная регистрация предоперационных данных 3D-EPSI-MRSI с пространственным разрешением с послеоперационной 3D-FLAIR и T1c-визуализацией у пациентов с IDH-диким типом, перенесших полную резекцию во время нейрохирургических вмешательств под контролем 5-ALA, предоставит информацию о том, является ли MRSI- методы помогают предсказать объем поражения опухолью; (x.) Документирование места биопсии, гистологии, чтобы обеспечить лучшую корреляцию между МР-спектроскопическими картинами и гистологией.

(xi) Сравнение производительности CEST и последовательности MRSI CMRR-semiLASER w.r.t. к точности предсказания IDH-типа глиомы двумя технологиями.

Методология. Реализация надежной последовательности EPSI, в которой используются трехмерные радиальные схемы выборки в k-пространстве и реконструкция, будет выполняться на платформах разработчиков Siemens IDEA для версий программного обеспечения VE и XA. Последовательность будет сравниваться с производительностью, полученной с другой реализацией EPSI, доступной через Siemens, а также с CMRR-реализацией полу-ЛАЗЕРА MEGA (MEscher-GArwood) (локализация с помощью адиабатической селективной перефокусировки) для 2HG-редактирования (CMRR-спектроскопия). Пакет, 2012). Количественная оценка EPSI-данных эталонной последовательности будет выполняться с помощью пакета MIDAS. Данные EPSI новой последовательности, а также последовательности MEGA-semi-LASER будут количественно определены с использованием повторной реализации алгоритма tdfdfit с параллельным графическим процессором, доступной в виде отдельного плагина в пакете jMRUI-спектроскопии (jMRUI: пользователь магнитного резонанса java интерфейс). Совместная регистрация предоперационных EPSI-данных с послеоперационными структурными МРТ-данными будет выполняться с помощью программы SPM (Statistical Parameter Mapping). Дальнейший статистический анализ и алгоритмы машинного обучения будут базироваться на языке статистического программирования «R». Последовательности импульсов CEST будут получены через Siemens-Healthineers.

Потенциальное значение - (а) Предоперационное знание статуса ИДГ позволит улучшить индивидуальное нейрохирургическое лечение пациента; (b) Совместная регистрация метаболических EPSI-данных с послеоперационными структурными MR-данными даст информацию о фундаментальной полезности MRSI-методов для обнаружения зон инфильтрации глиомы; (c.) Улучшенное наблюдение за пациентами с глиомой с мутацией IDH, у которых обычно наблюдается длительный период минимального прогрессирования, за которым следует быстрый агрессивный рост и трансформация в более высокую степень; (г.) Наличие визуализирующего биомаркера для мониторинга рецидива опухоли было бы большим достижением для всех пациентов с глиомой.