Måling av tumor T2* relaksasjonstider etter administrering av jernoksid nanopartikkel

Summary

Vi presenterer en standardisert protokoll for kvantifisering av T2* avslapningstider for svulster ved hjelp av ekstern programvare. Multi-ekko gradient ekkobilder er anskaffet og matet inn i programvaren for å lage tumor T2 * kart og måle tumor T2 * avslapningstider.

Abstract

T2* relaksometri er en av de etablerte metodene for å måle effekten av superparamagnetiske jernoksid nanopartikler på tumorvev med magnetisk resonansavbildning (MR). Jernoksid nanopartikler forkorter T1, T2 og T2 * avslapningstider for svulster. Mens T1-effekten er variabel basert på størrelsen og sammensetningen av nanopartiklene, er T2- og T2*-effektene vanligvis dominerende, og T2*-målingene er de mest tidseffektive i klinisk sammenheng. Her presenterer vi vår tilnærming til måling av tumor T2* avslapningstider, ved hjelp av ekkosekvenser med flere ekkogradienter, ekstern programvare og en standardisert protokoll for å lage et T2*-kart med skanneruavhengig programvare. Dette letter sammenligningen av bildedata fra forskjellige kliniske skannere, forskjellige leverandører og koklinisk forskningsarbeid (dvs. tumor T2 * -data oppnådd i musemodeller og pasienter). Når programvaren er installert, må T2 Fit Map-plugin installeres fra plugin-behandleren. Denne protokollen gir trinnvise prosedyredetaljer, fra import av ekkogradientsekvenser i programvaren, til å lage fargekodede T2*-kart og måling av avslapningstider for tumor T2*. Protokollen kan brukes på solide svulster i alle kroppsdeler og har blitt validert basert på prekliniske bildedata og kliniske data hos pasienter. Dette kan lette tumor T2 * -målinger for kliniske multisenterstudier og forbedre standardiseringen og reproduserbarheten av tumor T2 * -målinger i kokliniske og multisenterdataanalyser.

Introduction

Ikke-invasiv kvantifisering av tumor T2* relaksasjonstider i ulike vev i kroppen med magnetisk resonanstomografi (MR) er allment etablert¹. Begrunnelsen for denne artikkelen er å gi en protokoll for måling av tumor T2 * avslapningstider som er uavhengig av skannerprogramvare som Osirix². Dette vil tillate ensartede analyser av bildedata fra forskjellige sentre, forskjellige skannere og forskjellige leverandører. Faktisk kan tusenvis av brukere potensielt bruke samme tilnærming, og dermed øke standardiseringen av tumor T2 * målinger. T2*-målinger brukes til forskjellige formål av blant annet nevroradiologer, hjertebildeeksperter og abdominale bildebehandlingseksperter. MR-pulssekvenser for målinger av vev T2* relaksasjonstider er anvendt og optimalisert for vurdering av blant annet intrakranielle blødninger³, leverjerninnhold^1,4 og hjertejerninnhold ^5,6. Andre forskere har brukt T2 * målinger for å generere kvantitative estimater av jernoksid nanopartikkelakkumuleringer i ondartede svulster ^7,8. Imidlertid benyttet mange av disse tidligere tilnærmingene institusjonell programvare eller spesifikk skannerprogramvare, som ville være begrenset til bruk ved en bestemt institusjon eller for behandling av data oppnådd på en bestemt skanner. Her beskriver vi en universelt anvendelig tilnærming for generering av tumor T2*-kart og tumor T2*-avslapningstider basert på prekliniske eller kliniske MR-data fra en hvilken som helst skanner som kan generere ekkobilder av flere ekkogradienter. Den nødvendige gradientekkosekvensen skal ha svært korte første ekkotider og nær ekkoavstand ^9,10. Multi-ekko-gradient-ekkobildene mates deretter inn i den eksterne programvaren, tumor T2*-kart beregnes og tumor T2* avslapningstider måles. T2 Fit Map-plugin i de eksterne modellenes T2*-henfallskurver som en monoeksponentiell tilpasning til S(t) = S_oe-t^{/T2* 11} der S(t) representerer signal- eller prosessverdien på et gitt tidspunkt t; S 0 er startverdien av signalet eller prosessen ved t =₀; t betegner tid; T₂ *, også kjent som den tilsynelatende tverrgående avslapningstiden, karakteriserer forfallshastigheten til signalet eller prosessen; og e er grunnlaget for den naturlige logaritmen (omtrent lik 2, 71828). Ligningen beskriver et eksponentielt henfall, hvor signalet eller prosessen avtar over tid som en funksjon av forfallshastigheten T₂ *. Jo større verdien av T₂ *, jo langsommere forfallshastighet, og omvendt. Den samme programvaren kan også brukes til å legge inn multi-ekko-spinnekkobilder og generere tumor T2-verdier ved å tilpasse T2-henfallskurven til S (t) = S_o ^{e-t / T2.} Kurvetilpasningen ble utført ved hjelp av ekstern programvare, uten å innlemme en konstant forskyvning. Begge henfallskurvene viser enkel eksponentiell oppførsel, med T2* som viser kortere varighet sammenlignet med T2.

Hos pasienter med hemosiderose og hemokromatose er kvantifisering av jerninnhold i leveren ved vevsbiopsi gullstandarden, mens ikke-invasiv MR-avbildning er omsorgspunktet for å etablere baselineverdier og overvåke endringer over tid ikke-invasivt^12,13. Mens generering av T2 * kart for leverjernkvantifisering er veletablert⁴, er det ingen standardisert protokoll for å måle tumor T2 * avslapningstider. Selv om T2*-kart også kan genereres av skannerprogramvare, er det begrenset til en spesifikk skanner og leverandør. Innen onkologi forekommer serielle bildestudier av en gitt pasient ofte på forskjellige skannere, og multisenter MR-data er anskaffet basert på bildestudier fra forskjellige skannere og forskjellige leverandører. I tillegg blir koklinisk bildebehandling i økende grad implementert og krever sammenligning av MR-data fra pasienter og musemodeller som simulerer deres svulst. Formålet med denne protokollen er å gi en protokoll for måling av tumor T2* avslapningstider som er uavhengige av skannerprogramvaren. Dette vil tillate jevn analyse av bildedata fra forskjellige sentre og forskjellige skannere. Faktisk kan tusenvis av brukere potensielt bruke samme tilnærming, og dermed øke standardiseringen og reproduserbarheten av tumor T2 * -målinger. Vår protokoll benytter ekstern programvare, som kan lastes ned fra internett. Multi-ekko gradient ekkobilder mates inn i programvaren og passer til en formel for monoeksponentielt henfall for å generere et T2 * -kart, hvor tumor T2 * relaksasjonstider kan måles ved hjelp av operatørdefinerte interesseområder (ROI)⁵. Jernoksid nanopartikler kan infunderes i forskjellige doser 14, I vår studie fikk pasienten Ferumoxytol injeksjon (30 mg/ml) inneholdende 510 mg elementært jern i et¹⁷ ml volum, i en dose på 5 mg elementært jern per kg kroppsvekt. Deretter ble multi-ekkogradientsekvenser oppnådd¹⁵ ved bruk av angitte sekvensparametere for datainnsamling.

Protocol

Denne protokollen er generert for en prospektiv klinisk studie og co-klinisk forskning. Studien var i samsvar med Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) og godkjent av Stanford University institutional review board (IRB). Alle pasienter eller deres lovlig autoriserte representant signerte et skriftlig informert samtykke, og alle barn mellom 7 og 18 år signerte et samtykkeskjema. 1. Installere og starte plugin-modulen T2 Fit Map Start Osirix-prog…

Representative Results

Figur 10: T2*-kartet med en ROI lagt på metastatisk osteosarkomlesjon som viser gjennomsnitts- og standardavvik T2*-verdien. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. <i…

Discussion

Vår protokoll lar oss måle tumor T2* avslapningstider basert på multi-ekko gradient-ekkosekvenser, en ekstern programvare og en plugin for å lage T2* kart. De kritiske trinnene i protokollen er inkluderingen av multi-ekkogradient-ekkosekvensen med svært korte TEs i skanneprotokollen, og den monoeksponentielle tilpasningen til multi-ekkogradient-ekkobildene ved hjelp av ekstern programvare. Det er viktig å ordne inngangen multi-ekko gradient-ekko bilder i henhold til deres oppkjøpstider. Dette kan oppnås ved å so…

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