Name: measurement of tumor t2* relaxation times after iron oxide nanoparticle administration
Uploaded: 2023-05-19T13:10:00
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Ce travail a été en partie soutenu par une subvention de l’Institut national du cancer, numéro de subvention U24CA264298. Nous remercions Dawn Holley, Kim Halbert et Mehdi Khalighi du Centre de services métaboliques TEP/IRM pour leur aide dans l’acquisition de TEP/IRM au Lucas Research Center de Stanford. Nous remercions les membres du laboratoire Daldrup-Link pour leurs précieux commentaires et discussions concernant ce projet.

Ce protocole a été généré pour un essai clinique prospectif et une recherche co-clinique. L’étude était conforme à la loi HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) et approuvée par le comité d’examen institutionnel (IRB) de l’Université de Stanford. Tous les patients ou leur représentant légal ont signé un consentement éclairé écrit, et tous les enfants âgés de 7 à 18 ans ont signé un formulaire d’assentiment.
1. Installation et démarrage d...

<ol>
	<li>Garbowski, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biopsy-based+calibration+of+T2*+magnetic+resonance+for+estimation+of+liver+iron+concentration+and+comparison+with+R2+Ferriscan.">Biopsy-based calibration of T2* magnetic resonance for estimation of liver iron concentration and comparison with R2 Ferriscan.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 16 (1), 40 (2014).</li><li>. OsiriXDICOM Viewer Available from: <a target="_blank" href="https://www.osirix-viewer.com/">https://www.osirix-viewer.com/</a> (2023)</li><li>Linfante, I., Llinas, R. H., Caplan, L. R., Warach, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+features+of+intracerebral+hemorrhage+within+2+hours+from+symptom+onset.">MRI features of intracerebral hemorrhage within 2 hours from symptom onset.</a> Stroke. 30 (11), 2263-2267 (1999).</li><li>Labranche, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liver+iron+quantification+with+MR+imaging:+a+primer+for+radiologists.">Liver iron quantification with MR imaging: a primer for radiologists.</a> Radiographics. 38 (2), 392-412 (2018).</li><li>Triadyaksa, P., Oudkerk, M., Sijens, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+T2*+mapping:+Techniques+and+clinical+applications.">Cardiac T2* mapping: Techniques and clinical applications.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 52 (5), 1340-1351 (2020).</li><li>Anderson, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiovascular+T2-star+(T2*)+magnetic+resonance+for+the+early+diagnosis+of+myocardial+iron+overload.">Cardiovascular T2-star (T2*) magnetic resonance for the early diagnosis of myocardial iron overload.</a> European Heart Journal. 22 (23), 2171-2179 (2001).</li><li>Seo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+T2*+relaxation+time+of+breast+cancer:+correlation+with+clinical,+imaging+and+pathological+features.">Estimation of T2* relaxation time of breast cancer: correlation with clinical, imaging and pathological features.</a> Korean Journal of Radiology. 18 (1), 238-248 (2017).</li><li>Serkova, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle-based+magnetic+resonance+imaging+on+tumor-associated+macrophages+and+inflammation.">Nanoparticle-based magnetic resonance imaging on tumor-associated macrophages and inflammation.</a> Frontiers in Immunology. 8, 590 (2017).</li><li>Chen, X., Qiu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pilot+study+of+short+T2*+measurements+with+ultrashort+echo+time+imaging+at+0.35+T.">A pilot study of short T2* measurements with ultrashort echo time imaging at 0.35 T.</a> BioMedical Engineering OnLine. 17 (1), 70 (2018).</li><li>Yi, J., Lee, Y. H., Song, H. -. T., Suh, J. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+T2*+between+regular+echo+time+and+ultrashort+echo+time+with+3D+cones+at+3+tesla+for+knee+meniscus.">Comparison of T2* between regular echo time and ultrashort echo time with 3D cones at 3 tesla for knee meniscus.</a> Medicine. 97 (48), e13443 (2018).</li><li>Weishaupt, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> How Does MRI Work?: An Introduction to the Physics and Function of Magnetic Resonance Imaging. , (2006).</li><li>Wood, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+quantifying+iron+overload.">Guidelines for quantifying iron overload.</a> Hematology. 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N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Susceptibility-weighted+imaging:+technical+aspects+and+clinical+applications,+part+1.">Susceptibility-weighted imaging: technical aspects and clinical applications, part 1.</a> AJNR: American Journal of Neuroradiology. 30 (1), 19-30 (2009).</li><li>. T2 Mapping Slicer Extension Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/gattia/Slicer-T2mapping">https://github.com/gattia/Slicer-T2mapping</a> (2021)</li><li>3D Slicer image computing platform. 3D Slicer Available from: <a target="_blank" href="https://slicer.org/">https://slicer.org/</a> (2023)</li><li>Messroghli, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+open-source+software+tool+for+the+generation+of+relaxation+time+maps+in+magnetic+resonance+imaging.">An open-source software tool for the generation of relaxation time maps in magnetic resonance imaging.</a> BMC Medical Imaging. 10, 16 (2010).</li><li>. GNU Octave Available from: <a target="_blank" href="https://octave.org/">https://octave.org/</a> (2023)</li><li>Chavhan, G. B., Babyn, P., Thomas, B., Shroff, M., Haacke, E. 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Notre protocole nous permet de mesurer les temps de relaxation T2* de la tumeur sur la base de séquences d’écho à gradient-écho multi-écho, d’un logiciel externe et d’un plugin pour créer des cartes T2*. Les étapes critiques du protocole sont l’inclusion de la séquence gradient-écho multi-écho avec des TE très courts dans le protocole de balayage, et l’ajustement monoexponentiel des images d’écho de gradient multi-écho à l’aide d’un logiciel externe. Il est important d’organiser les images...

La quantification non invasive des temps de relaxation tumorale T2* dans divers tissus du corps avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est largement établie1. La raison d’être de cet article est de fournir un protocole pour la mesure des temps de relaxation de la tumeur T2* qui est indépendant du logiciel de scanner comme Osirix2. Cela permettra des analyses uniformes des données d’imagerie provenant de différents centres, de différents scanners et de différents fournisseurs. En effet, des milliers d’utilisateurs pourraient potentiellement utiliser la même approche, augmentant ainsi la standardisation des mesures de la tumeur T2*. Les mesures T2* sont utilisées à différentes fins par les neuroradiologues, les experts en imagerie cardiaque et les experts en imagerie abdominale, entre autres. Des séquences d’impulsions IRM pour mesurer les temps de relaxation tissulaire T2* ont été appliquées et optimisées pour l’évaluation des saignements intracrâniens3, de la teneur en fer hépatique1,4 et de la teneur en fer cardiaque 5,6, entre autres. D’autres chercheurs ont utilisé des mesures T2* pour générer des estimations quantitatives des accumulations de nanoparticules d’oxyde de fer dans les tumeurs malignes 7,8. Toutefois, bon nombre de ces approches antérieures utilisaient un logiciel institutionnel ou un logiciel de numérisation spécifique, qui serait limité à une utilisation dans un établissement particulier ou pour le traitement des données obtenues sur un scanner spécifique. Ici, nous décrivons une approche universellement applicable pour générer des cartes T2* tumorales et des temps de relaxation T2* tumoraux basés sur des données IRM précliniques ou cliniques de n’importe quel scanner capable de générer des images d’écho à gradient multi-écho. La séquence d’écho de gradient requise doit avoir des temps de premier écho très courts et un espacement inter-écho étroit 9,10. Les images d’écho à gradient multi-écho sont ensuite introduites dans le logiciel externe, les cartes T2* tumorales sont calculées et les temps de relaxation de la tumeur T2* sont mesurés. Le plug-in T2 Fit Map dans les courbes de désintégration T2* des modèles externes en tant qu’ajustement monoexponentiel à S(t) = So e-t/T2* 11 où S(t) représente la valeur du signal ou du processus à un instant t donné ; S 0 est la valeur initiale du signal ou du processus à t =0; t indique le temps; T2*, également connu sous le nom de temps de relaxation transversale apparente, caractérise le taux de désintégration du signal ou du processus; et e est la base du logarithme népérien (approximativement égal à 2,71828). L’équation décrit une décroissance exponentielle, où le signal ou le processus diminue avec le temps en fonction du taux de désintégration T2*. Plus la valeur de T2 est grande, plus le taux de décroissance est lent, et vice versa. Le même logiciel peut également être utilisé pour saisir des images d’écho de spin multi-écho et générer des valeurs de tumeur T2 en ajustant la courbe de désintégration T2 à S (t) = So e-t / T2. L’ajustement de la courbe a été effectué à l’aide d’un logiciel externe, sans incorporer de décalage constant. Les deux courbes de décroissance présentent un comportement exponentiel unique, T2* démontrant une durée plus courte que T2.
Chez les patients atteints d’hémosidérose et d’hémochromatose, la quantification de la teneur en fer du foie par biopsie tissulaire est l’étalon-or, tandis que l’imagerie IRM non invasive est le point de soins pour établir les valeurs de base et surveiller les changements au fil du temps de manière non invasive12,13. Bien que la génération de cartes T2* pour la quantification du fer dans le foie soit bien établie4, il n’existe pas de protocole standardisé pour mesurer les temps de relaxation T2* tumoraux. Bien que les cartes T2* puissent également être générées par un logiciel de numérisation, elles sont limitées à un scanner et à un fournisseur spécifiques. Dans le domaine de l’oncologie, les études d’imagerie en série d’un patient donné se produisent souvent sur différents scanners, et les données d’IRM multicentriques sont acquises sur la base d’études d’imagerie de différents scanners et de différents fournisseurs. En outre, la recherche en imagerie coclinique est de plus en plus mise en œuvre et nécessite la comparaison des données IRM des patients et des modèles murins qui simulent leur tumeur. Le but de ce protocole est de fournir un protocole pour la mesure des temps de relaxation de la tumeur T2* qui sont indépendants du logiciel du scanner. Cela permettra une analyse uniforme des données d’imagerie provenant de différents centres et de différents scanners. En effet, des milliers d’utilisateurs pourraient potentiellement utiliser la même approche, augmentant ainsi la standardisation et la reproductibilité des mesures T2* tumorales. Notre protocole utilise un logiciel externe, qui peut être téléchargé à partir d’Internet. Les images d’écho à gradient multi-écho sont introduites dans le logiciel et adaptées à une formule de désintégration monoexponentielle pour générer une carte T2*, sur laquelle les temps de relaxation T2* de la tumeur peuvent être mesurés à l’aide de régions d’intérêt (ROI) définies par l’opérateur5. Les nanoparticules d’oxyde de fer peuvent être perfusées à différentes doses 14, Dans notre étude, le patient a reçu une injection de Ferumoxytol (30 mg / mL) contenant 510 mg de fer élémentaire dans un volume de17 mL, à une dose de 5 mg de fer élémentaire par kg de poids corporel. Par la suite, des séquences d’échos à gradient multi-écho ont été obtenues15 en utilisant des paramètres de séquence définis pour l’acquisition de données.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>OsiriX</td>
			<td>Pixmeo SARL</td>
			<td></td>
			<td>https://www.osirix-viewer.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3T GE MR 750</td>
			<td>GE Healthcare, Chicago, IL</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FERAHEME (ferumoxytol injection)</td>
			<td>AMAG Pharmaceuticals, Inc. 1100 Winter Street Waltham, MA 02451</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of tumor t2* relaxation times after iron oxide nanoparticle administration

La relaxométrie T2* est l’une des méthodes établies pour mesurer l’effet des nanoparticules d’oxyde de fer superparamagnétiques sur les tissus tumoraux avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Les nanoparticules d’oxyde de fer raccourcissent les temps de relaxation T1, T2 et T2* des tumeurs. Alors que l’effet T1 est variable en fonction de la taille et de la composition des nanoparticules, les effets T2 et T2* sont généralement prédominants, et les mesures T2* sont les plus rapides dans un contexte clinique. Ici, nous présentons notre approche pour mesurer les temps de relaxation T2* tumoraux, en utilisant des séquences d’écho à gradient multi-écho, un logiciel externe et un protocole standardisé pour créer une carte T2* avec un logiciel indépendant du scanner. Cela facilite la comparaison des données d’imagerie de différents scanners cliniques, de différents fournisseurs et de travaux de recherche cocliniques (c’est-à-dire les données tumorales T2* obtenues dans des modèles murins et des patients). Une fois le logiciel installé, le plugin T2 Fit Map doit être installé à partir du gestionnaire de plugins. Ce protocole fournit des détails de procédure étape par étape, de l’importation des séquences d’écho à gradient multi-écho dans le logiciel, à la création de cartes T2* codées par couleur et à la mesure des temps de relaxation T2* tumoraux. Le protocole peut être appliqué aux tumeurs solides dans n’importe quelle partie du corps et a été validé sur la base de données d’imagerie précliniques et de données cliniques chez les patients. Cela pourrait faciliter les mesures de la tumeur T2* pour les essais cliniques multicentriques et améliorer la normalisation et la reproductibilité des mesures de la tumeur T2* dans les analyses de données cocliniques et multicentriques.

<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64773/64773fig10.jpg"> Figure 10 : La carte T2* avec un retour sur investissement superposé à la lésion d’ostéosarcome métastatique qui montre la valeur moyenne et l’écart-type T2*. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64773/64773fig10large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<p class="jove...

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Measurement of Tumor T2* Relaxation Times after Iron Oxide Nanoparticle Administration

Nous présentons un protocole standardisé pour la quantification des temps de relaxation T2* des tumeurs à l’aide d’un logiciel externe. Des images d’écho à gradient multi-écho sont acquises et introduites dans le logiciel pour créer des cartes de tumeur T2* et mesurer les temps de relaxation de la tumeur T2*.

Mesure des temps de relaxation de la tumeur T2* après l’administration de nanoparticules d’oxyde de fer

T2* relaxometry is one of the established methods to measure the effect of superparamagnetic iron oxide nanoparticles on tumor tissues with magnetic ...

Notre protocole permet des mesures standardisées de la tumeur T2* sur divers scanners, fabricants et institutions. Ce protocole permet d’améliorer l’assurance qualité et une vaste capacité clinique sans nécessiter de langage de programmation. Le principal avantage de cette technique est la capacité de faciliter des mesures tumorales T2* fiables et cohérentes sur divers scanners IRM.De plus, il offre une approche accessible et conviviale, abaissant les obstacles à l’adoption. Les NOI peuvent avoir du mal à configurer correctement la séquence et à sélectionner le retour sur investissement. Le conseil est de suivre les étapes du protocole, d’assurer la disposition correcte du T et de pratiquer le dessin du retour sur investissement pour une génération et un ajustement précis de la carte T2*.Commencez par démarrer le logiciel OsiriX pour installer le plug-in T2 Fit Map. Cliquez sur le bouton Plugins dans la barre de menus, puis sélectionnez Gestionnaire de plugins dans le menu déroulant. Une fois le gestionnaire de plugins chargé, sélectionnez T2 Fit Map parmi les plugins disponibles.Cliquez sur Télécharger l’installation. Fermez ensuite le Gestionnaire de plugins. Une fois le logiciel redémarré, chargez les images de séquence déco à gradient d’écho multiple sous forme de fichiers DICOM dans le logiciel.Modifiez la fonction du bouton de la souris pour dessiner une région d’intérêt ou un retour sur investissement. Ensuite, dans le menu déroulant, sélectionnez Polygone ovale ou fermé ou la forme souhaitée et dessinez des ROI dans les images requises avec des temps d’écho différents. Sélectionnez les ROI parmi les images avec différents temps d’écho pour lesquels la carte T2*est requise.Dans le menu déroulant, cliquez sur le bouton Plug-ins, sélectionnez Filtres d’image, puis T2 Fit Map. Une fois que vous avez cliqué sur T2 Fit Map, une boîte de dialogue s’ouvre. Cliquez ensuite sur Générer la carte.Pour définir le retour sur investissement du masque sur une série d’images en dehors des données, ouvrez la série souhaitée et sélectionnez une tranche. Dans le menu déroulant ROI, sélectionnez Région de culture et la case d’option Région de croissance 3D. Dans le menu déroulant Algorithme, sélectionnez Seuil Définissez les seuils inférieur et supérieur sur 0 et X pour cent du signal du muscle controlatéral respectivement.Nommez le retour sur investissement comme vous le souhaitez. Cliquez ensuite sur l’image pour placer une graine pour la croissance du retour sur investissement, puis cliquez sur Calculer. Dans le menu ROI, sélectionnez Enregistrer tous les ROI de cette série.Ensuite, ouvrez le jeu de données dans la visionneuse 4D. Après vous être assuré que les ROI se trouvent dans le premier volume 3D, dans le menu ROI, sélectionnez Importer le(s) ROI(s)Appliquer le masque pour mapper les données en sélectionnant Définir les valeurs de pixels sur.Sélectionnez ensuite Appliquer aux ROI portant le même nom. Cochez la case Propager à la série 4D, définissez les pixels qui sont à l’intérieur des ROI et définissez sur cette nouvelle valeur sur zéro.Cette étude montre la quantification du temps de relaxation T2*chez un patient atteint d’ostéosarcome métastatique. Une courbe d’ajustement est générée avec des valeurs T2* minimales, moyennes et maximales pour les ROI sélectionnés avec différents temps d’écho pour ce patient. Les cartes T2* codées en couleur ont été fusionnées avec une image déco dégradée pondérée T1 avec contraste amélioré pour l’orientation anatomique.Il est important d’organiser les images déco à gradient d’écho multiple en entrée en fonction de leurs temps d’acquisition. Cela peut être réalisé en triant les séries de données d’imagerie par temps d’acquisition dans le logiciel externe sous le menu déroulant de la base de données des préférences. Notre protocole a considérablement amélioré la répétabilité et la reproductibilité, offrant des temps de relaxation T2* constants dans diverses études sur le cancer.

Research

JoVE Journal

Medicine

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Recherche

Médecine

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Stem cell based therapies offer significant potential for the field of regenerative medicine. However, much remains to be understood regarding the in vivo ...

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