Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten nach Verabreichung von Eisenoxid-Nanopartikeln
Summary
Wir stellen ein standardisiertes Protokoll zur Quantifizierung der T2*-Relaxationszeiten von Tumoren mit Hilfe externer Software vor. Multi-Echo-Gradienten-Echobilder werden aufgenommen und in die Software eingespeist, um Tumor-T2*-Karten zu erstellen und Tumor-T2*-Relaxationszeiten zu messen.
Abstract
Die T2*-Relaxometrie ist eine der etablierten Methoden, um die Wirkung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln auf Tumorgewebe mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zu messen. Eisenoxid-Nanopartikel verkürzen die T1-, T2- und T2*-Relaxationszeiten von Tumoren. Während der T1-Effekt je nach Größe und Zusammensetzung der Nanopartikel variiert, sind die T2- und T2*-Effekte in der Regel vorherrschend, und T2*-Messungen sind im klinischen Kontext am zeiteffizientesten. Hier stellen wir unseren Ansatz zur Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten vor, indem wir Multi-Echo-Gradientenecho-Sequenzen, externe Software und ein standardisiertes Protokoll zur Erstellung einer T2*-Karte mit scannerunabhängiger Software verwenden. Dies erleichtert den Vergleich von Bildgebungsdaten verschiedener klinischer Scanner, verschiedener Anbieter und koklinischer Forschungsarbeiten (d. h. Tumor-T2*-Daten, die in Mausmodellen und Patienten gewonnen wurden). Sobald die Software installiert ist, muss das T2 Fit Map-Plugin über den Plugin-Manager installiert werden. Dieses Protokoll bietet Schritt-für-Schritt-Verfahrensdetails, vom Import der Multi-Echo-Gradientenechosequenzen in die Software über die Erstellung farbcodierter T2*-Karten bis hin zur Messung der T2*-Relaxationszeiten des Tumors. Das Protokoll kann auf solide Tumore in jedem Körperteil angewendet werden und wurde auf der Grundlage präklinischer Bildgebungsdaten und klinischer Daten bei Patienten validiert. Dies könnte Tumor-T2*-Messungen für multizentrische klinische Studien erleichtern und die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Tumor-T2*-Messungen in koklinischen und multizentrischen Datenanalysen verbessern.
Introduction
Die nichtinvasive Quantifizierung von Tumor-T2*-Relaxationszeiten in verschiedenen Geweben des Körpers mittels Magnetresonanztomographie (MRT) ist weithin etabliert1. Der Grundgedanke für diesen Artikel besteht darin, ein Protokoll für die Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten bereitzustellen, das unabhängig von Scannersoftware wie Osirix2 ist. Dies ermöglicht eine einheitliche Analyse von Bilddaten aus verschiedenen Zentren, verschiedenen Scannern und verschiedenen Anbietern. In der Tat könnten potenziell Tausende von Anwendern den gleichen Ansatz verwenden und damit die Standardisierung von Tumor-T2*-Messungen erhöhen. T2*-Messungen werden unter anderem von Neuroradiologen, Experten für Herzbildgebung und Bildgebung des Abdomens für verschiedene Zwecke verwendet. MRT-Pulssequenzen zur Messung der Gewebe-T2*-Relaxationszeiten wurden u.a. für die Beurteilung von intrakraniellen Blutungen3, hepatischem Eisengehalt 1,4 und kardialem Eisengehalt 5,6 angewendet und optimiert. Andere Forscher haben T2*-Messungen verwendet, um quantitative Schätzungen der Anhäufung von Eisenoxid-Nanopartikeln in bösartigen Tumoren zu erstellen 7,8. Viele dieser früheren Ansätze verwendeten jedoch institutionelle Software oder spezifische Scanner-Software, die auf den Einsatz in einer bestimmten Institution oder auf die Verarbeitung von Daten beschränkt war, die mit einem bestimmten Scanner gewonnen wurden. In dieser Arbeit beschreiben wir einen universell anwendbaren Ansatz zur Erstellung von Tumor-T2*-Karten und Tumor-T2*-Relaxationszeiten auf der Grundlage präklinischer oder klinischer MRT-Daten von jedem Scanner, der Multi-Echo-Gradientenechobilder erzeugen kann. Die erforderliche Gradientenechosequenz sollte sehr kurze erste Echozeiten und einen engen Abstand zwischen den Echos 9,10 aufweisen. Die Multi-Echo-Gradientenechobilder werden dann in die externe Software eingespeist, Tumor-T2*-Karten werden berechnet und Tumor-T2*-Relaxationszeiten gemessen. Das T2 Fit Map-Plugin in den T2*-Abklingkurven der externen Modelle als monoexponentielle Anpassung an S(t) = So e-t/T2* 11, wobei S(t) den Signal- oder Prozesswert zu einem bestimmten Zeitpunkt t darstellt; S 0 ist der Anfangswert des Signals oder Prozesses bei t =0; t steht für Zeit; T2*, auch als scheinbare transversale Relaxationszeit bekannt, charakterisiert die Abklingrate des Signals oder Prozesses; und e ist die Basis des natürlichen Logarithmus (ungefähr gleich 2,71828). Die Gleichung beschreibt einen exponentiellen Zerfall, bei dem das Signal oder der Prozess im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von der Abklingrate T2* abnimmt. Je größer der Wert von T2* ist, desto langsamer ist die Zerfallsrate und umgekehrt. Dieselbe Software kann auch verwendet werden, um Multi-Echo-Spin-Echo-Bilder einzugeben und Tumor-T2-Werte zu erzeugen, indem die T2-Zerfallskurve an S(t) = So e-t/T2 angepasst wird. Die Kurvenanpassung wurde mit einer externen Software durchgeführt, ohne einen konstanten Versatz zu berücksichtigen. Beide Zerfallskurven zeigen ein einzelnes exponentielles Verhalten, wobei T2* im Vergleich zu T2 eine kürzere Dauer aufweist.
Bei Patienten mit Hämosiderose und Hämochromatose ist die Quantifizierung des Eisengehalts in der Leber durch Gewebebiopsie der Goldstandard, während die nichtinvasive MRT-Bildgebung der Point-of-Care ist, um Ausgangswerte zu ermitteln und Veränderungen im Zeitverlauf nichtinvasiv zu überwachen12,13. Während die Erstellung von T2*-Karten für die Quantifizierung von Lebereisen gut etabliert ist4, gibt es kein standardisiertes Protokoll zur Messung der T2*-Relaxationszeiten von Tumoren. T2*-Karten können zwar auch von Scanner-Software generiert werden, sind jedoch auf einen bestimmten Scanner und Anbieter beschränkt. Im Bereich der Onkologie werden serielle Bildgebungsstudien eines bestimmten Patienten häufig auf verschiedenen Scannern durchgeführt, und multizentrische MRT-Daten werden auf der Grundlage von Bildgebungsstudien von verschiedenen Scannern und verschiedenen Anbietern erfasst. Darüber hinaus wird zunehmend koklinische Bildgebungsforschung betrieben, die den Vergleich von MRT-Daten von Patienten und Mausmodellen, die ihren Tumor simulieren, erfordert. Der Zweck dieses Protokolls ist es, ein Protokoll für die Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten bereitzustellen, das unabhängig von der Scanner-Software ist. Dies ermöglicht eine einheitliche Analyse von Bilddaten aus verschiedenen Zentren und verschiedenen Scannern. In der Tat könnten potenziell Tausende von Anwendern den gleichen Ansatz verwenden und dadurch die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Tumor-T2*-Messungen erhöhen. Unser Protokoll verwendet externe Software, die aus dem Internet heruntergeladen werden kann. Multi-Echo-Gradientenechobilder werden in die Software eingespeist und an eine Formel für den monoexponentiellen Zerfall angepasst, um eine T2*-Karte zu erstellen, auf der die T2*-Relaxationszeiten des Tumors mit Hilfe von vom Bediener definierten Regions of Interest (ROIs) gemessen werden können5. Eisenoxid-Nanopartikel können in verschiedenen Dosen infundiert werden14, In unserer Studie erhielt der Patient eine Ferumoxytol-Injektion (30 mg/ml) mit 510 mg elementarem Eisen in einem Volumen von 17 ml in einer Dosierung von 5 mg elementarem Eisen pro kg Körpergewicht. Anschließend wurden Multi-Echo-Gradientenechosequenzen15 unter Verwendung festgelegter Sequenzparameter für die Datenerfassung erhalten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Unser Protokoll ermöglicht es uns, die T2*-Relaxationszeiten von Tumoren auf der Grundlage von Multi-Echo-Gradienten-Echo-Sequenzen, einer externen Software und einem Plugin zur Erstellung von T2*-Karten zu messen. Die entscheidenden Schritte innerhalb des Protokolls sind die Aufnahme der Multi-Echo-Gradient-Echo-Sequenz mit sehr kurzen TEs in das Scanning-Protokoll und die monoexponentielle Anpassung der Multi-Echo-Gradient-Echo-Bilder mit externer Software. Es ist wichtig, die eingegebenen Multi-Echo-Gradienten-Echo-B…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde zum Teil durch ein Stipendium des National Cancer Institute, Grant Nummer U24CA264298, unterstützt. Wir danken Dawn Holley, Kim Halbert und Mehdi Khalighi vom PET/MRT Metabolic Service Center für ihre Unterstützung bei der Beschaffung von PET/MRT-Scans am Lucas Research Center in Stanford. Wir danken den Mitgliedern des Daldrup-Link-Labors für wertvolle Anregungen und Diskussionen zu diesem Projekt.
Materials
| OsiriX | Pixmeo SARL | https://www.osirix-viewer.com/ | |
| 3T GE MR 750 | GE Healthcare, Chicago, IL | ||
| FERAHEME (ferumoxytol injection) | AMAG Pharmaceuticals, Inc. 1100 Winter Street Waltham, MA 02451 |
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