МРТ опухоли головного мозга с использованием визуализации APT

Уверенная дифференциация низкокачественных опухолей головного мозга

Статья является рекламно-просветительской, переведена без изменений с официального сайта Philips

Ссылка на первоисточник

Amide Proton Transfer (APT) - это новый метод МРТ, который генерирует контраст изображения, отличный от обычного МРТ. Весоизмерительная визуализация APT представляет собой метод MRI с переносом насыщения химическим обменом (CEST), и его сигнал основан на концентрации эндогенных белков и пептидов, типично присутствующих в высокосортной ткани опухоли головного мозга. Таким образом, взвешенное изображение APT не требует применения какого-либо контрастного агента.

Врачи клинической больницы Phoenix (PCH) изучали ценность APT в клинической практике, чтобы исследовать, в какой степени взвешенную визуализацию APT можно было бы использовать при диагностике и послетерапии изображений детей с опухолями головного мозга. Их результаты показывают, что взвешенная визуализация APT может обеспечить более высокую уверенность в определении как уровня опухоли, так и степени остаточной послеоперационной опухоли. Многие пути лечения основаны на точном определении агрессивности или «степени» опухолей для оптимального выбора среди вариантов лечения, чтобы предложить наилучший выбор для пациентов.

«Некоторые высокосортные опухоли не демонстрируют усиления гадолиния, а некоторые низкосортные опухоли иногда усиливают»

Поиск уверенной диагностик опухолей головного мозга

МРТ широко используется для визуализации первичных опухолей головного мозга и вторичных повреждений у пациентов с онкологией. Его превосходный контраст мягкой ткани и функциональная визуализация предоставляют радиологам информацию о местонахождении, размере, морфологии, составе и физиологии повреждений, чтобы помочь им в диагностике и постановке. Тем не менее, бывают случаи, когда рентгенологи хотели бы иметь дополнительные возможности для их диагностики, например, с более высокой степенью достоверности выделения высокосортных и низкосортных опухолей и, в конечном счете, для проведения многочисленных последующих МРТ-тестов без контрастного введения у детей после мозга резекция опухоли.

Только в Соединенных Штатах ожидается, что в 2017 году будет диагностировано около 80 000 новых случаев первичной опухоли головного мозга, включая более 26 000 первичных злокачественных опухолей головного мозга. [1] Глиомы составляют 75% всех злокачественных опухолей, а 55% из них - глиобластома с 12 930 случаями, предсказанными на 2017 год. [1,2]

Учитывая эту заболеваемость и влияние правильного диагноза и соответствующих путей лечения, онкологов и радиологов weclome инновационные инструменты для поддержки их текущих средств и стратегий. Одним из них может быть добавление взвешенного изображения APT к экзамену MRI. Контраст APT коррелирует с наличием белков и пептидов, которые могут быть связаны с пролиферацией клеток. Поскольку пролиферация клеток является особенностью опухолей, цветные карты APT могут быть полезны при идентификации и количественной оценке опухолевой ткани [3,4].

APT отражает концентрацию эндогенных белков в опухоли головного мозга

В методах взвешенного изображения APT и других методах CEST сигнал MRI генерируется механизмом, отличным от механизма основной МРТ. Эти методы CEST основаны на химическом обмене атомами водорода. Сигнал амидных протонов пептидных связей в белках слишком низок, чтобы его можно было измерить при нормальной МРТ. Обмен водородом (протоном) между белковыми амидными группами и окружающей водой позволяет по-разному измерять эти амидные протоны.

В APT для ослабления его MR-сигнала используется узкий RF-импульс (импульс насыщения) на частоте амидного водорода. Поскольку амидная группа и вода непрерывно обмениваются атомами водорода, количество насыщенных протонов будет накапливаться в воде, так что измеренный сигнал воды станет ниже. Изменение сигнала MRI воды обеспечивает косвенный способ измерения присутствия амида. Изображения APT обычно представлены в виде цветовых карт, созданных с использованием вычисления асимметрии, так что присутствие APT отображается как позитивный цветной сигнал.

apt_mri_application_philips_1

Рис.1

Исследования показали, что сигнал APT коррелирует с концентрацией белка, который связан с пролиферацией клеток. Концентрация этого белка и, таким образом, сила сигнала APT реагирует на уровень злокачественных опухолей [5-7]. Контраст APT может потенциально выделять опухоли, которые иначе не наблюдались бы.

Оценка опухоли может повлиять на принятие важных решений

Выбор путей лечения часто сильно зависит от степени опухоли. Общие варианты лечения высокосортных опухолей включают хирургическую резекцию опухоли с последующей дополнительной терапией, такой как радиация и химиотерапия. Быстрые и решительные действия желательны в этих случаях, так как средняя выживаемость глиобластомы, например, составляет от 12,6 до 14,6 месяцев, хотя сообщалось о более высоких показателях [8,9]

Учитывая более низкие темпы роста опухоли низкосортных опухолей, для этих случаев существует ряд возможных вариантов лечения. Выбор наиболее подходящего лечения основан на балансе терапевтических преимуществ и побочных эффектов. Иногда визуализация наблюдения может играть определенную роль, в то время как выбор окончательной терапии рассматривается. [10]

МР-томография часто используется радиологами и врачами для оценки степени опухолей головного мозга, но иногда существует неопределенность. [9,11] Дифференциация между низкосортными и полноценными опухолями не является прямой, даже для высококвалифицированного радиолога. Усиление гадолиния не всегда специфично для опухолевого сорта, так как некоторые высокосортные опухоли не демонстрируют усиления гадолиния, а некоторые низкосортные опухоли иногда усиливаются (например, DNET). Усиление гадолиния также происходит в любой области нарушения гематоэнцефалического барьера, например, связанного с лечением травмы [12].

APT для классификации опухолей головного мозга с помощью МРТ

Хотя золотой стандарт для классификации глиомы является гистопатологией после биопсии, МРТ часто используется для мониторинга пациентов с глиомой, а APT может быть ценным дополнением к МРТ-обследованию у этих пациентов.

Было отмечено, что уровень опухоли и APT-сигнал обычно положительно коррелируют: высокосортные опухоли имеют тенденцию демонстрировать высокий контраст APT. [12-15] Изображения APT можно увидеть, чтобы визуализировать опухоль с большим вниманием, чем постконтрастные изображения, в результате чего сканирование, которое может быть легче интерпретировать. Научные исследования, сравнивающие уровни опухолей с сигналом APT во взрослой глиоме, свидетельствуют о том, что APT может поддерживать классификацию опухолей, отделяя высокосортные от низкосортных, даже когда традиционная МРТ неубедительна [5,13,14].

APT-визуализация полноценной опухоли

Оценка опухоли у 1-летнего ребенка с медуллобластомой. Этот агрессивный тип опухоли очень твердый и однородный. Высокий APT-сигнал соответствует постконтрастному изображению этой полноценной опухоли.

apt_mri_application_philips_2

Рис.2

APT может быть мощным дополнением к визуализации опухолей на МРТ

Д-р Джеффри Миллер, педиатрический радиолог из PCH, также заметил связь между контрастом APT и опухолевыми классами в исследованиях, проведенных в его больнице. «В нескольких случаях мы наблюдали высокий APT-сигнал в высокосортных опухолях и умеренно увеличенный APT-сигнал в случаях с промежуточными и низкосортными опухолями, которые характеризуются высоким изменением сигнала на T2 и FLAIR, и без усиления контраста».

Он указывает на потенциальные клинические последствия этого наблюдения. «Когда мы сталкиваемся с пациентами, у которых диагноз несколько неоднозначен, нам часто приходится делать выбор и оценивать суждения, что может означать либо просто наблюдение за опухолью или поражением, с тем риском, что это может измениться, когда мы ошибались и может быть потеряно время. Или нам нужно идти в инвазивные ситуации, когда мы должны проводить биопсию ».

«Было бы очень эффектно и ценно иметь последовательность, подобную взвешиванию изображений APT, что могло бы помочь нам в принятии этих решений с большей уверенностью. Это было бы значимо для отдельных пациентов и проявлять некоторую двусмысленность в том, что мы делаем ».

«Однако для достижения этой высокой цели нам потребуется больше исследований, использование последовательности в более широком населении и более полное понимание ситуаций и условий, при которых APT имеет максимальную ценность».

«Было бы неплохо иметь такую ​​последовательность, как APT, которая могла бы помочь нам в принятии этих решений с большей уверенностью»

APT - даёт важную информацию по МРТ после резекции опухоли

МРТ может быть выполнена после резекции опухоли, для поиска остаточной опухоли или роста опухоли. Также здесь может быть диагностирован различный контрастный механизм APT. Доктор Миллер вспоминает конкретный случай.

«После очень хорошей резекции мы увидели небольшие изменения на постконтрастных T1-взвешенных и взвешенных по T2 изображениях, которые выглядели как постхирургическое немного жидкости. Интересно, однако, что мы видели фокальную область сигнала APT, прямо в центре этой аномалии. Как мы обычно делаем, когда немного не уверены, мы следили за ним и, к сожалению, обнаружили опухоль в этом регионе », - говорит доктор Миллер. «Такие случаи мотивируют меня и других, кто заботится об этом населении, исследовать, как этот метод APT можно широко использовать в этой популяции и помочь нам в предоставлении высокоценной диагностической информации».

Врач больницы также видел случай, когда APT имела отрицательную прогностическую ценность. После резекции опухоли высокого ранга они увидели подобное небольшое изменение в изображениях этого пациента. Однако в этом случае сигнал APT был довольно низким. При недавнем повторном сканировании этого пациента рецидива не наблюдалось.

APT-изображение опухоли низкой степени злокачественности

Глиома низкой степени злокачественностич у 5-летнего пациента с нейрофиброматозом 1. Это низкосортное поражение не усиливается на постконтрастных изображениях, но показывает промежуточный сигнал APT. Стабильность поражения с течением времени подтверждает, что это низкосортная патология.

apt_mri_application_philips_3

Рис.3

Последующее наблюдение

apt_mri_application_philips_4

Рис.4

APT на МРТ в педиатрической нейроонкологии

Врач-радиолог Джон Карран, доктор медицинских наук, был основным исследователем в изучении взвешенного изображения APT в Детской больнице Феникса. «В это время APT был добавлен примерно к 70 исследованиям МРТ у детей с опухолью головного мозга, и мы увидели некоторые обнадеживающие ранние результаты», - говорит Джон Карран, доктор медицинских наук, радиолог в Детской больнице Феникса (PCH). «Нам потребуются более крупные исследования с большим количеством пациентов, чтобы точно утверждать корреляцию. Тем не менее, не нужно быть 100% -ной корреляцией, чтобы быть полезной при повторных исследованиях опухоли головного мозга, потому что мы также смотрим на FLAIR и на другие изображения. Цель состоит в том, чтобы поймать что-то, пока оно не станет слишком большим, если ему нужна новая операция или новая терапия, и если мы увидим что-то подозрительное - в отличие от определенного повторения - часто это не вопрос немедленных действий, а для последующего наблюдения ».

Специалисты PCH, участвующие в исследовании, в целом выражают осторожный оптимизм, что взвешенная визуализация APT может когда-нибудь значительно снизить потребность в контрастной инъекции у педиатрических пациентов. «Если мы сможем принести APT вперед в качестве разумной замены, особенно в наших последующих случаях опухолей головного мозга, которые будут иметь большую пользу», - говорит доктор Курран. «Использование контрастного агента жестко контролируется в нашей общей нейрорадиологической визуализации, а контрастный агент вводится только тогда, когда это действительно необходимо. Итак, наше исследование фокусируется на определении того, можем ли мы в будущем использовать APT для уменьшения использования контрастных агентов ».

«APT был добавлен примерно к 70 МРТ-исследованиям детей с опухолью головного мозга, и мы увидели некоторые обнадеживающие ранние результаты»

Перспективные результаты с APT

Д-р Курран сравнивал взвешенную визуализацию APT с постконтрастной МРТ у детей с историей опухолей головного мозга. «Во многих случаях мы видели, что APT является положительным, когда постконтрастная T1-взвешенная визуализация положительна. Итак, мы пытались оценить, достаточно ли это отношение, чтобы использовать APT вместо того, чтобы при определенных обстоятельствах давать контрастный агент для детей ». В исследовании используется исследовательское программное обеспечение APT, разработанное Philips в рамках исследовательского сотрудничества.

«МРТ опухоли головного мозга обычно включает в себя постконтрастное изображение. Таким образом, в нашем молодом пациенте наши проблемы связаны с необходимостью введения контрастного вещества на основе гадолиния при последующем сканировании у детей после резекции опухоли головного мозга. Исследование, опубликованное моим коллегой д-ром Миллером, показало, что если опухоль ресецируется у маленького ребенка, к тому времени, когда ребенок находится в молодом возрасте, в мозге было внесено значительное количество гадолиния [16]. APT не требует никакого контрастного агента. Таким образом, если мы сможем принести APT вперед в качестве разумной замены, особенно в наших последующих случаях опухолей головного мозга, это принесет большую пользу ».

APT в послеоперационной оценке

apt_mri_application_philips_5

Рис.5

Большое метастатическое поражение головного мозга.

Этот 10-летний пациент подвергся резекции опухоли саркомы Юинга 7 лет назад, но было обнаружено, что теперь у нее большое метастатическое поражение в головном мозге. Это поражение показывает явно увеличенный сигнал APT.

apt_mri_application_philips_6

Рис.6

МРТ с последующей резекцией APT.

Сразу же после резекции МРТ снова была выполнена. T2-взвешенные и постконтрастные T1-взвешенные изображения довольно неубедительны для выделения остаточной опухолевой ткани после послеоперационных изменений тканей. На изображении APT еще наблюдается высокий сигнал, который предполагает наличие остаточной опухолевой ткани.

apt_mri_application_philips_7

Рис.7

Последующее наблюдение с течением времени.

В более поздних последующих исследованиях послеконтрастные взвешенные по T1 изображения предполагают повторный рост опухоли. Таким образом, было бы интересно изучить предсказательную ценность APT в большой группе пациентов.

Ожидания потенциала APT

По словам доктора Куррана, основной исследовательский центр APT в PCH до сих пор занимался исследованием его возможностей визуализации опухолей головного мозга и его потенциала для снижения потребности в контрасте. «Мы надеемся, что APT в будущем может помочь нам в дальнейшем охарактеризовать опухоли с помощью МРТ, но больше исследований нужно будет сделать, прежде чем мы полностью узнаем, что возможно и эффективно. Изучая специфические аспекты опухолей, которые являются положительными APT, мы надеемся сопоставить сигнал APT с более точными гистологическими или опухолевыми маркерами ».

« Мы с нетерпением ждем, что в будущем мы проведем тест, чтобы помочь нам в направлении терапии, например, выборе химиотерапии агентов, плюс или минус излучение и т. д. Возможно, APT может в будущем иметь потенциал, чтобы помочь нам там каким-то образом », - говорит д-р Курран. «Возможности кажутся очень широкими».

Д-р Миллер заканчивает, подводя итог: «У нас был действительно хороший опыт использования метода APT в клинической ситуации. Мы многому научились в этом процессе и видим много возможностей для этого в будущем ».

Список литературы:

  1. American Brain Tumor Association, Brain Tumor Statistics.

  2. Central Brain Tumor Registry of the United States, 2016 CBTRUS Fact Sheet.

  3. Togao O, Hiwatashi A, Keupp J, Yamashita K, Kikuchi K, Yoshiura T, Yoneyama M, Kruiskamp MJ, Sagiyama K, Takahashi M, Honda H. Amide Proton Transfer Imaging of Diffuse Gliomas: Effect of Saturation Pulse Length in Parallel Transmission-Based Technique. PLOS ONE 2016; doi: 10.1371/journal.pone.0155925.

  4. Togao O, Keupp J, Hiwatashi A, Yamashita K, Kikuchi K, Yoneyama M, Honda H. Amide Proton Transfer Imaging of Brain Tumors Using a Self-Corrected 3D Fast Spin-Echo Dixon Method: Comparison with Separate B0 correction Magn Res Med 2016 early view; doi: 10.1002/mrm.26322.

  5. Togao O, Yoshiura T, Keupp J, Hiwatashi A, Yamashita K, Kikuchi K, Suzuki, YS, Iwak, T, Hata N, Mizoguchi M, Yoshimoto K, Sagiyama K, Takahashi M, Honda H Amide proton transfer imaging of adult diffuse gliomas: correlation with histopathological grades. Neuro-Oncology 2014; 16(3), 441–448.

  6. Jiang S, Eberhart CG, Zhang Y, Heo HY, Wen Z, Blair L, Qin H, Lim M, Quinones- Hinojosa A6, Weingart JD, Barker PB, Pomper MG, Laterra J, van Zijl PCM, Blakeley JO, Zhou J. Amide proton transfer-weighted magnetic resonance image-guided stereotactic biopsy in patients with newly diagnosed gliomas. Eur J Cancer 201783:9-18; doi: 10.1016/j.ejca.2017.06.009.

  7. Zhou, J. (2011). Amide Proton Transfer Imaging of the Human Brain. Magnetic Resonance Neuroimaging. Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.), 711, 227–237.

  8. American Brain Tumor Association, Brain Tumor Information, Types of Tumors, Glioblastoma (GBM)

  9. Lobera, A, Coobs, B, Naul, LG, Zee, CS. Imaging in Glioblastoma Multiforme. Medscape.

  10. Paleologos, N. Low Grade Glioma: Update in Treatment and Care. ABTA Patient and Family Conference, 2014.

  11. Upadhyay, N, Waldman, A D, Conventional MRI evaluation of gliomas. The British Journal of Radiology 2011; 84: S107–S111.

  12. Wen, Z, Hu, S, Huang, F, Wang, X, Guo, L, Quan, X, Wang, S, Zhou, J, MR Imaging of High-Grade Brain Tumors Using Endogenous Protein and Peptide- Based Contrast. NeuroImage 20110; 51(2), 616–622.

  13. Park KJ, Kim HS, Park JE et al. Added value of amide proton transfer imaging to conventional and perfusion MR imaging for evaluating the treatment response of newly diagnosed glioblastoma. Eur Radiol 2016, 26: 4390; doi: 10.1007/s00330- 016-4261-2.

  14. Park JE, Kim HS, Park KJ, Kim SJ, Kim JH, Smith SA. Pre- and Posttreatment Glioma: Comparison of Amide Proton Transfer Imaging with MR Spectroscopy for Biomarkers of Tumor Proliferation. Radiology 2016, 278 :514; doi: 10.1148/ radiol.2015142979.

  15. Wang X, Yu H, Jiang S, Wang Y, Wang Y, Zhang G, Jiang C, Song G, Zhang Y, Heo H-Y, Zhou J, Wen Z. Qualitative and quantitative analysis of amide proton transferweighted MR images at 3 Tesla of adult gliomas. Abstract #1105, ISMRM 2017.

  16. Miller JH, Hu HH, Pokorney A, Cornejo P, Towbin R. MRI Brain Signal Intensity Changes of a Child During the Course of 35 Gadolinium Contrast Examinations. Pediatrics 2015;136;e1637.