Måling af tumor T2 * afslapningstider efter administration af jernoxidnanopartikel

Summary

Vi præsenterer en standardiseret protokol til kvantificering af T2* afslapningstider for tumorer ved hjælp af ekstern software. Multi-ekko gradient ekko billeder erhverves og føres ind i softwaren til at oprette tumor T2 * kort og måle tumor T2 * afslapningstider.

Abstract

T2* relaxometri er en af de etablerede metoder til at måle effekten af superparamagnetiske jernoxid nanopartikler på tumorvæv med magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). Jernoxid nanopartikler forkorter T1, T2 og T2 * afslapningstider for tumorer. Mens T1-effekten er variabel baseret på nanopartiklernes størrelse og sammensætning, er T2- og T2*-effekterne normalt dominerende, og T2*-målinger er de mest tidseffektive i klinisk sammenhæng. Her præsenterer vi vores tilgang til måling af tumor T2* afslapningstider ved hjælp af ekkogradientekkosekvenser, ekstern software og en standardiseret protokol til oprettelse af et T2*-kort med scanneruafhængig software. Dette letter sammenligningen af billeddata fra forskellige kliniske scannere, forskellige leverandører og co-klinisk forskningsarbejde (dvs. tumor T2* data opnået i musemodeller og patienter). Når softwaren er installeret, skal T2 Fit Map-pluginet installeres fra plugin-manageren. Denne protokol giver trinvise proceduremæssige detaljer, fra import af ekkogradientekkosekvenser til softwaren til oprettelse af farvekodede T2*-kort og måling af tumor-T2*-afslapningstider. Protokollen kan anvendes på solide tumorer i enhver kropsdel og er blevet valideret baseret på prækliniske billeddannelsesdata og kliniske data hos patienter. Dette kunne lette tumor T2 * målinger til multicenter kliniske forsøg og forbedre standardiseringen og reproducerbarheden af tumor T2 * målinger i co-kliniske og multi-center dataanalyser.

Introduction

Noninvasiv kvantificering af tumor T2* afslapningstider i forskellige væv i kroppen med magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er bredt etableret¹. Begrundelsen for denne artikel er at give en protokol til måling af tumor T2 * afslapningstider, som er uafhængig af scannersoftware som Osirix². Dette vil muliggøre ensartede analyser af billeddata fra forskellige centre, forskellige scannere og forskellige leverandører. Faktisk kunne tusindvis af brugere potentielt bruge den samme tilgang og derved øge standardiseringen af tumor T2 * målinger. T2 * målinger bruges til forskellige formål af neuroradiologer, hjertebilleddannelseseksperter og abdominale billeddannelseseksperter, blandt andre. MR-pulssekvenser til måling af vævs T2*-afslapningstider er blevet anvendt og optimeret til vurdering af blandt andet intrakranielle blødninger³, jernindhold i leveren^1,4 og hjertejernindhold ^5,6. Andre forskere har brugt T2* målinger til at generere kvantitative estimater af jernoxid nanopartikelakkumuleringer i maligne tumorer ^7,8. Imidlertid anvendte mange af disse tidligere tilgange institutionel software eller specifik scannersoftware, som ville være begrænset til brug på en bestemt institution eller til behandling af data opnået på en bestemt scanner. Her beskriver vi en universelt anvendelig tilgang til generering af tumor T2* kort og tumor T2* afslapningstider baseret på prækliniske eller kliniske MR-data fra enhver scanner, der kan generere multi-ekko gradient ekkobilleder. Den krævede gradientekkosekvens skal have meget korte første ekkotider og tæt inter-ekkoafstand ^9,10. Multi-ekko gradient ekko billeder indføres derefter i den eksterne software, tumor T2 * kort beregnes, og tumor T2 * afslapningstider måles. T2 Fit Map-pluginet i de eksterne modellers T2*-henfaldskurver som en monoeksponentiel tilpasning til S(t) = S_oe-t^{/T2* 11}, hvor S(t) repræsenterer signal- eller procesværdien på et givet tidspunkt t; S 0 er startværdien af signalet eller processen ved t =₀; t betegner tid; T2*, også kendt som den tilsyneladende tværgående afslapningstid, karakteriserer signalets eller processens henfaldshastighed; og e er grundlaget for den naturlige logaritme (omtrent lig med 2, 71828). Ligningen beskriver et eksponentielt henfald, hvor signalet eller processen falder over tid som funktion af henfaldshastigheden_T2*. Jo større værdien af_T2* er, desto langsommere er henfaldshastigheden og omvendt. Den samme software kan også bruges til at indtaste multi-ekko spin ekko billeder og generere tumor T2 værdier ved at tilpasse T2 henfaldskurven til S (t) = S_o ^{e-t / T2.} Kurvetilpasningen blev udført ved hjælp af ekstern software uden at inkorporere en konstant forskydning. Begge henfaldskurver udviser en enkelt eksponentiel adfærd, hvor T2* viser en kortere varighed sammenlignet med T2.

Hos patienter med hæmosiderose og hæmokromatose er kvantificeringen af leverens jernindhold ved vævsbiopsi guldstandarden, mens ikke-invasiv MR-billeddannelse er plejepunktet for etablering af baselineværdier og overvågning af ændringer over tid noninvasivt^12,13. Mens generering af T2 * kort til kvantificering af leverjern er veletableret⁴, er der ingen standardiseret protokol til måling af tumor T2 * afslapningstider. Mens T2*-kort også kan genereres af scannersoftware, er det begrænset til en bestemt scanner og leverandør. Inden for onkologi forekommer serielle billeddannelsesundersøgelser af en given patient ofte på forskellige scannere, og multicenter MR-data erhverves baseret på billeddannelsesundersøgelser fra forskellige scannere og forskellige leverandører. Derudover implementeres co-klinisk billeddannelsesforskning i stigende grad og kræver sammenligning af MR-data fra patienter og musemodeller, der simulerer deres tumor. Formålet med denne protokol er at tilvejebringe en protokol til måling af tumor T2* afslapningstider, der er uafhængige af scannersoftwaren. Dette vil muliggøre ensartet analyse af billeddata fra forskellige centre og forskellige scannere. Faktisk kunne tusindvis af brugere potentielt bruge den samme tilgang og derved øge standardiseringen og reproducerbarheden af tumor T2 * målinger. Vores protokol bruger ekstern software, som kan downloades fra internettet. Multi-ekko gradient ekko billeder indføres i softwaren og passer til en formel for monoeksponentielt henfald for at generere et T2 * kort, hvor tumor T2 * afslapningstider kan måles ved hjælp af operatørdefinerede interesseområder (ROI’er)⁵. Jernoxidnanopartikler kan infunderes i forskellige doser 14, I vores undersøgelse modtog patienten en Ferumoxytol-injektion (30 mg / ml) indeholdende 510 mg elementært jern i et volumen på¹⁷ ml i en dosis på 5 mg elementært jern pr. Kg legemsvægt. Derefter blev multi-ekkogradient ekkosekvenser opnået¹⁵ ved hjælp af indstillede sekvensparametre til dataindsamling.

Protocol

Denne protokol er genereret til et prospektivt klinisk forsøg og co-klinisk forskning. Undersøgelsen var i overensstemmelse med Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) og godkendt af Stanford University institutional review board (IRB). Alle patienter eller deres juridisk bemyndigede repræsentant underskrev et skriftligt informeret samtykke, og alle børn mellem 7 og 18 år underskrev en samtykkeformular. 1. Installation og start af T2 Fit Map-pluginet…

Representative Results

Figur 10: T2*-kortet med en ROI overlejret på den metastatiske osteosarkomlæsion, som viser middel- og standardafvigelsen T2*-værdien. Klik her for at se en større version af denne figur. <p class="jove_content biglegend" fo:keep-together.within-pa…

Discussion

Vores protokol giver os mulighed for at måle tumor T2 * afslapningstider baseret på multi-ekko gradient-ekko sekvenser, en ekstern software og et plugin til oprettelse af T2 * kort. De kritiske trin i protokollen er inkluderingen af multi-ekko gradient-ekko sekvens med meget korte TEs i scanningsprotokollen, og den monoeksponentielle tilpasning af multi-ekko gradient-ekko billeder ved hjælp af ekstern software. Det er vigtigt at arrangere input multi-ekko gradient-ekko billeder i henhold til deres erhvervelsestider. D…

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