قياس أوقات استرخاء الورم T2 * بعد إعطاء الجسيمات النانوية لأكسيد الحديد

Summary

نقدم بروتوكولا موحدا لقياس أوقات استرخاء T2 * للأورام باستخدام برنامج خارجي. يتم الحصول على صور صدى التدرج متعدد الصدى وإدخالها في البرنامج لإنشاء خرائط T2 * للورم وقياس أوقات استرخاء الورم T2 *.

Abstract

T2 * قياس الاسترخاء هو أحد الطرق المعمول بها لقياس تأثير الجسيمات النانوية لأكسيد الحديد الفائق المغنطيسي على أنسجة الورم باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). تعمل جسيمات أكسيد الحديد النانوية على تقصير أوقات استرخاء الأورام T1 و T2 و T2 *. في حين أن تأثير T1 متغير بناء على حجم وتكوين الجسيمات النانوية ، فإن تأثيرات T2 و T2 * عادة ما تكون سائدة ، وقياسات T2 * هي الأكثر كفاءة من حيث الوقت في السياق السريري. هنا ، نقدم نهجنا لقياس أوقات استرخاء الورم T2 * ، باستخدام تسلسلات صدى التدرج متعدد الصدى ، وبرامج خارجية ، وبروتوكول موحد لإنشاء خريطة T2 * باستخدام برنامج مستقل عن الماسح الضوئي. وهذا يسهل مقارنة بيانات التصوير من مختلف الماسحات الضوئية السريرية ، والبائعين المختلفين ، وأعمال البحث السريرية المشتركة (أي بيانات الورم T2 * التي تم الحصول عليها في نماذج الفئران والمرضى). بمجرد تثبيت البرنامج ، يجب تثبيت المكون الإضافي T2 Fit Map من مدير المكون الإضافي. يوفر هذا البروتوكول تفاصيل إجرائية خطوة بخطوة ، من استيراد تسلسلات الصدى المتدرج متعدد الصدى إلى البرنامج ، إلى إنشاء خرائط T2 * مرمزة بالألوان وقياس أوقات استرخاء الورم T2 *. يمكن تطبيق البروتوكول على الأورام الصلبة في أي جزء من الجسم وتم التحقق من صحته بناء على بيانات التصوير قبل السريري والبيانات السريرية في المرضى. يمكن أن يسهل ذلك قياسات الورم T2 * للتجارب السريرية متعددة المراكز وتحسين توحيد وتكرار قياسات الورم T2 * في تحليلات البيانات السريرية المشتركة ومتعددة المراكز.

Introduction

تم تحديد كمية غير جراحية لأوقات استرخاء الورم T2 * في أنسجة مختلفة من الجسم باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) على نطاق واسع¹. الأساس المنطقي لهذه المقالة هو توفير بروتوكول لقياس أوقات استرخاء الورم T2 * وهو مستقل عن برنامج الماسح الضوئي مثل Osirix². سيسمح ذلك بإجراء تحليلات موحدة لبيانات التصوير من مراكز مختلفة وماسحات ضوئية مختلفة وبائعين مختلفين. في الواقع ، يمكن لآلاف المستخدمين استخدام نفس النهج ، وبالتالي زيادة توحيد قياسات الورم T2 *. يتم استخدام قياسات T2 * لأغراض مختلفة من قبل أخصائيي الأشعة العصبية وخبراء تصوير القلب وخبراء تصوير البطن ، من بين آخرين. تم تطبيق تسلسل نبض التصوير بالرنين المغناطيسي لقياسات أوقات استرخاء الأنسجة T2 * وتحسينها لتقييم النزيف داخل الجمجمة³ ، ومحتوى الحديد الكبدي^1,4 ، ومحتوى الحديد القلبي ^5,6 ، من بين أمور أخرى. استخدم باحثون آخرون قياسات T2 * لإنشاء تقديرات كمية لتراكم جسيمات أكسيد الحديد النانوية في الأورام الخبيثة ^7,8. ومع ذلك ، فإن العديد من هذه الأساليب السابقة استخدمت برامج مؤسسية أو برامج ماسح ضوئي محددة ، والتي ستقتصر على استخدامها في مؤسسة معينة أو لمعالجة البيانات التي تم الحصول عليها على ماسح ضوئي معين. هنا ، نصف نهجا قابلا للتطبيق عالميا لإنشاء خرائط الورم T2 * وأوقات استرخاء الورم T2 * بناء على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي قبل السريرية أو السريرية من أي ماسح ضوئي يمكنه إنشاء صور صدى متدرجة متعددة الصدى. يجب أن يكون لتسلسل صدى التدرج المطلوب أوقات صدى أولى قصيرة جدا وتباعد قريب بين الصدى ^9,10. ثم يتم إدخال صور الصدى المتدرج متعدد الصدى في البرنامج الخارجي ، ويتم حساب خرائط الورم T2 * ، ويتم قياس أوقات استرخاء الورم T2 *. المكون الإضافي T2 Fit Map في منحنيات اضمحلال T2 * للنماذج الخارجية كملاءمة أحادية الأس ل S (t) = S_o ^{e-t / T2 * 11} حيث يمثل S (t) قيمة الإشارة أو العملية في وقت معين t ؛ S 0 هي القيمة الأولية للإشارة أو العملية عند t =₀ ؛ ر يدل على الوقت ؛ T₂ * ، المعروف أيضا باسم وقت الاسترخاء المستعرض الظاهر ، يميز معدل اضمحلال الإشارة أو العملية ؛ و e هي قاعدة اللوغاريتم الطبيعي (يساوي تقريبا 2.71828). تصف المعادلة الاضمحلال الأسي ، حيث تنخفض الإشارة أو العملية بمرور الوقت كدالة لمعدل الاضمحلال T₂ *. كلما زادت قيمة T₂ * ، كان معدل الاضمحلال أبطأ ، والعكس صحيح. يمكن أيضا استخدام نفس البرنامج لإدخال صور صدى الدوران متعدد الصدى وإنشاء قيم T2 للورم عن طريق تركيب منحنى اضمحلال T2 على S (t) = S_o ^{e-t / T2.} تم إجراء تركيب المنحنى باستخدام برنامج خارجي ، دون دمج إزاحة ثابتة. يظهر كلا منحنيي الاضمحلال سلوكا أسيا واحدا ، حيث يوضح T2 * مدة أقصر مقارنة ب T2.

في المرضى الذين يعانون من داء هيموسيديريوس وداء ترسب الأصبغة الدموية ، فإن القياس الكمي لمحتوى الحديد في الكبد عن طريق خزعة الأنسجة هو المعيار الذهبي ، في حين أن التصوير بالرنين المغناطيسي غير الباضع هو نقطة الرعاية لتحديد قيم خط الأساس ومراقبة التغيرات بمرور الوقت بشكل غير جراحي^12،13. في حين أن إنشاء خرائط T2 * لقياس كمية الحديد في الكبد أمر راسخ⁴ ، لا يوجد بروتوكول موحد لقياس أوقات استرخاء الورم T2 *. بينما يمكن أيضا إنشاء خرائط T2 * بواسطة برنامج الماسح الضوئي ، إلا أنها تقتصر على ماسح ضوئي وبائع معينين. في مجال علم الأورام ، غالبا ما تحدث دراسات التصوير التسلسلي لمريض معين على ماسحات ضوئية مختلفة ، ويتم الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي متعددة المراكز بناء على دراسات التصوير من ماسحات ضوئية مختلفة وبائعين مختلفين. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنفيذ أبحاث التصوير السريرية المشتركة بشكل متزايد وتتطلب مقارنة بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي للمرضى ونماذج الفئران التي تحاكي الورم. الغرض من هذا البروتوكول هو توفير بروتوكول لقياس أوقات استرخاء الورم T2 * مستقلة عن برنامج الماسح الضوئي. سيسمح ذلك بتحليل موحد لبيانات التصوير من مراكز مختلفة وماسحات ضوئية مختلفة. في الواقع ، يمكن لآلاف المستخدمين استخدام نفس النهج ، وبالتالي زيادة توحيد وتكرار قياسات الورم T2 *. يستخدم بروتوكولنا برامج خارجية يمكن تنزيلها من الإنترنت. يتم إدخال صور الصدى المتدرج متعدد الصدى في البرنامج وتتناسب مع صيغة الاضمحلال الأسي الأحادي لإنشاء خريطة T2 * ، حيث يمكن قياس أوقات استرخاء الورم T2 * باستخدام مناطق الاهتمام المحددة من قبل المشغل (ROIs) ⁵. يمكن غرس جسيمات أكسيد الحديد النانوية بجرعات مختلفة 14 ، في دراستنا ، تلقى المريض حقن فيروموكسيتول (30 مجم / مل) يحتوي على 510 مجم من عنصر الحديد بحجم¹⁷ مل ، بجرعة 5 مجم من الحديد الأولي لكل كجم من وزن الجسم. بعد ذلك ، تم الحصول على تسلسلات صدى التدرج متعدد الصدى¹⁵ باستخدام معلمات تسلسل محددة للحصول على البيانات.

Protocol

تم إنشاء هذا البروتوكول لتجربة سريرية مستقبلية وأبحاث سريرية مشتركة. كانت الدراسة متوافقة مع قانون إخضاع التأمين الصحي لقابلية النقل والمساءلة (HIPAA) ووافق عليه مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة ستانفورد (IRB). وقع جميع المرضى أو ممثلهم المفوض قانونا على موافقة خطية مستنيرة ، ووقع جميع الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 7 و 18 عاما على نموذج موافقة.

1. تثبيت وبدء تشغيل المكون الإضافي T2 Fit Map

1. بدء تشغيل برنامج Osirix. قم بتثبيت المكون الإضافي T2 Fit Map من مدير المكون الإضافي وأعد تشغيل البرنامج.
   1. في شريط القائمة ، انقر فوق الزر المكونات الإضافية. انقر فوق القائمة المنسدلة وحدد تثبيت حزمة مكون إضافي (الشكل 1).
   2. بمجرد تحميل مدير المكون الإضافي ، حدد المكونات الإضافية المتاحة من القائمة المنسدلة ثم T2 Fit Map (الشكل 2).
   3. انقر فوق تنزيل وتثبيت. أغلق مدير المكون الإضافي وأعد تشغيل البرنامج.
2. قم بتحميل صور تسلسل الصدى المتدرج متعدد الصدى كملفات DICOM في البرنامج.
3. قم بتغيير وظيفة زر الماوس لرسم منطقة الاهتمام (ROI) (الشكل 3).
4. باستخدام وظيفة زر الماوس هذه ، حدد شكلا لعائد الاستثمار المطلوب: حدد مضلع بيضاوي أو مغلق ، أو الشكل المطلوب من القائمة المنسدلة (الشكل 4).
5. ارسم عائد استثمار في الصور المطلوبة بأوقات صدى مختلفة (TEs).
6. حدد عائد الاستثمار في جميع الصور ذات TEs المختلفة التي تتطلب خريطة T2*.
7. انقر فوق الزر Plugins ، وحدد عوامل تصفية الصور من القائمة المنسدلة ، ثم حدد T2 Fit Map.
8. انقر على خريطة T2 Fit. سيتم فتح مربع حوار ؛ انقر فوق إنشاء خريطة (الموجود أسفل مربع الحوار) (الشكل 5).
   ملاحظة: يتم إنشاء منحنى مناسب بقيم T2* الدنيا والمتوسطة والقصوى لعائد الاستثمار المحدد مع TES (مللي ثانية) المختلفة. يتم حساب متوسط قيمة T2 * وعرضها أسفل المنحنى (الشكل 6).

الشكل 1: تحديد "تثبيت حزمة البرنامج المساعد" من القائمة المنسدلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: اختيار "T2 Fit Map" من المكونات الإضافية المتاحة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: لقطة شاشة توضح كيفية تغيير وظيفة زر الماوس لرسم منطقة اهتمام (ROI). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4: لقطة شاشة توضح كيفية تحديد أشكال مختلفة لعائد الاستثمار. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: لقطة شاشة توضح كيفية تحديد "إنشاء خريطة" بعد تحديد "T2 Fit Map". الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 6: لقطة شاشة توضح إنشاء منحنى مناسب لقيم T2 *. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

2. استبعاد الضوضاء باستخدام تعريف القناع

ملاحظة: لتحديد قناع على الصدى الأول لبيانات T2map_MSME المستخدمة لحساب الخرائط البارامترية ، قم بتعيين عتبة إشارة الصدى الأول الأقل لحساب قيمة T2 * (سيستبعد حجم الخريطة T2 * الآن وحدات البكسل ذات الإشارات المنخفضة جدا لإجراء حساب دقيق عند أول صدى متعدد الصدى متعدد الدوران (MSME). يمكن زيادة الحد لاستبعاد المزيد من وحدات البكسل، أو تقليله ليشمل المزيد من وحدات البكسل).

1. لتحديد عائد استثمار القناع على سلسلة صور خارج البيانات البارامترية ، افتح السلسلة المطلوبة (على سبيل المثال ، الصدى الأول ل T2map_MSME مع TE = 15) وحدد شريحة.
2. في أسفل القائمة المنسدلة لعائد الاستثمار ، حدد منطقة النمو ....
3. حدد منطقة النمو 3D ... زر الاختيار (الشكل 7).
4. في القائمة المنسدلة الخوارزمية، حدد العتبة (الحدود الدنيا/العليا).
5. اضبط العتبات السفلية والعليا على 0 و X٪ من إشارة عضلة الساق المقابلة ، على التوالي (على سبيل المثال ، اضبط العتبة على القيمة التي ستخفي أكبر قدر من البقع في عائد استثمار الورم وستترك الورم الأكثر قيمة T2 (*) s).
6. قم بتعيين اسم عائد الاستثمار حسب الرغبة.
7. انقر على الصورة لوضع بذرة لنمو عائد الاستثمار.
8. انقر فوق الزر حساب .
9. في قائمة عائد الاستثمار ، حدد حفظ جميع عائد الاستثمار لهذه السلسلة ... (الشكل 8).
   ملاحظة: الآن ، تم حفظ عائد الاستثمار الذي يحدد المنطقة المراد إخفاؤها من الخرائط البارامترية ويمكن تطبيقه على البيانات البارامترية.
10. افتح مجموعة البيانات البارامترية في عارض 4D.
11. في قائمة عائد الاستثمار، حدد استيراد عائد (جهات) الاستثمار....
    ملاحظة: عائد استثمار القناع موجود الآن في السلسلة البارامترية الأولى.
12. تحقق من أن عائد الاستثمار موجود في أول وحدة تخزين ثلاثية الأبعاد وليس 4D.
13. تطبيق قناع لتعيين البيانات. لإجراء ذلك، في أسفل القائمة المنسدلة لعائد الاستثمار، حدد تعيين قيم البكسل إلى. ثم حدد تطبيق على: عائد الاستثمار بنفس الاسم ... (الشكل 9).
14. حدد المربع نشر إلى سلسلة 4D .
15. قم بتعيين وحدات البكسل التي هي داخل عائد الاستثمار.
16. اضبط على هذه القيمة الجديدة: ك 0.

الشكل 7: لقطة شاشة توضح معلمات التجزئة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 8: لقطة شاشة توضح كيفية تحديد "حفظ جميع عائد الاستثمار لهذه السلسلة ...". يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: لقطة شاشة توضح القيم المراد إدخالها في "تعيين قيم البكسل إلى". الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

النتائج

الشكل 10: خريطة T2 * مع عائد استثمار متراكب على آفة الساركوما العظمية النقيلي والتي توضح قيمة المتوسط والانحراف المعياري T2 *. يرجى النقر هنا لعرض ن...

Discussion

يسمح لنا بروتوكولنا بقياس أوقات استرخاء الورم T2 * بناء على تسلسلات صدى التدرج متعدد الصدى ، وبرنامج خارجي ، ومكون إضافي لإنشاء خرائط T2 *. تتمثل الخطوات الحاسمة داخل البروتوكول في تضمين تسلسل التدرج متعدد الصدى مع TEs قصير جدا في بروتوكول المسح ، والملاءمة أحادية الأس لصور التدرج متعدد الصدى ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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