Standardizované a pokročilé techniky MR v diagnostice dětských nádorů mozku
Authors:
P. Hanzlíková 1,2,3; R. Martínek 4; D. Vilímek 1,4; H. Medřická 5,6; E. Štěpánová 5,6
Authors‘ workplace:
Ústav radiodiagnostický, FN Ostrava
1; Ústav zobrazovacích metod, LF OU, Ostrava
2; Radiologická klinika LF UP a FN Olomouc
3; Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství VŠB – TU Ostrava
4; Oddělení dětské neurologie FN Ostrava
5; Katedra neurověd LF OU Ostrava
6
Published in:
Cesk Slov Neurol N 2023; 86(2): 107-113
Category:
Review Article
doi:
https://doi.org/10.48095/cccsnn2023107
Overview
Přehledové sdělení se věnuje standardizovanému protokolu zobrazení nádorů mozku dětského věku dle doporučení European Society for Paediatric Oncology (SIOPE) ke zvýšení efektivity prvovyšetření takto nemocných dětí i pro možnost komparace následujících MR. Protokol je sestaven s ohledem na rozdíly v hardwarovém i softwarovém vybavení pracovišť a je rozčleněn do základní (povinné) části a rozšiřujících sekvencí, které už jsou prováděny ve specializovaných centrech. Sdělení představuje základní použití sekvencí dle síly přístroje MR, zdůrazňuje možnosti využití nových technik. V pokročilé části protokolu uvádí základní princip i možnosti implementace.
Klíčová slova:
multimodální magnetická rezonance – tumory mozku u dětí – standardní protokol zobrazení – pokročilý protokol zobrazení
Úvod
Validní zobrazení primárních tumorů mozku u dětí pomáhá k rychlé diagnóze a adekvátní léčbě [1]. Systematické a standardizované zobrazení je základem pro komparaci v čase, ale také pro srovnání vyšetření z různých pracovišť.
Panel odborníků Severní Ameriky preferuje pragmatický přístup k zobrazení dětského mozkového tumoru – standardní vyšetření pro všechna pracoviště a rozšířený protokol pro specializovaná centra [2]. Obdobný přístup zaujal i panel odborníků evropských (European Society for Paediatric Oncology; SIOPE) [1] a navazující centra s návrhem doporučených postupů pro zobrazení dětských tumorů hlavy a krku [3]. Preferují zobrazení MR, akceptují rozdílná hardwarová i softwarová vybavení pracovišť, různé výrobce. Stanovují nezbytně nutný rozsah vyšetření k určení varietních nálezů normy a k odlišení specifik dětského věku [4].
Adekvátně provedené standardizované a pokročilé vyšetření umožní hodnocení odpovědi tumoru na léčbu – v souladu s požadavky hodnocení odpovědi na léčbu Response Assessment in Neuro-Oncology (RANO) [5] – a upravená kritéria pro dětský věk – Response Assessment in Pediatric Neuro-Oncology (RAPNO) [6,7].
Protokol zobrazení MR
Standardizovaný protokol zobrazení mozku byl navržen tak, aby jej ve standardizovaném základu byla schopna provádět všechna pracoviště MR. Je učen pro 1,5T a 3T přístroje.
Využití slabšího pole magnetické indukce (0,5T) je vhodné pro vyloučení expanze, pro pokročilé techniky je tento typ přístrojů použitelný omezeně [3].
Standardní protokol zobrazení mozkového tumoru
Základem je morfologický T1 a T2 vážený sken, T2 vážený sken s potlačením signálu vody (fluid attenuated inversion recovery; FLAIR) a postkontrastní T1 vážený sken. Dále jsou základem difuzí vážený obraz (diffusion-weighted imaging; DWI) a susceptibilně vážený obraz (susceptibility-weighted imaging; SWI).
Pokročilý (multimodalitní) protokol zobrazení mozkového tumoru
Kromě standardních technik se uplatňuje:
perfuzní sken (perfusion weighting imaging; PWI);
směrové zobrazení difuze – traktografie (diffusion tensor imaging; DTI);
MR spektroskopie (MRS) – metabolické zobrazení mozku.
Typy vážení a jejich přínos
T1 vážený sken
T1 vážený sken je preferován pro 1,5T MR přístroj jako turbo spin echo sekvence (TSE) (fast spin echo; FSE) ve vrstvě maximálně 4 mm axiálně. Pokud pracoviště disponuje kvalitním navigačním 3D skenem, je doporučen [8].
Pro 3T stroj jsou dominantní 3D sekvence, standardně sekvence gradientní s inverzním pulsem ke zvýraznění rozdílů šedé a bílé hmoty (magnetization-prepared rapid gradient-echo; MP-RAGE). V neuroonokologii je k detekci postkontrastních změn v současné době za optimální považována sekvence TSE ve 3D (SPACE, CUBE, VISTA/BRAIVIEW) [9].
U obou typů přístrojů preferujeme nativní i postkontrastní sken s identickým nastavením k možné subtrakci [10].
Na 3T přístroji je vhodné doplnit axiální sken T1 TSE v maximálně 4mm vrstvě ke srovnání se skeny z 1,5T přístroje. Je možnost využít T1 FLAIR (sken T1 s inverzním pulzem potlačujícím signál moku FLAIR) [7].
Při podání kontrastní látky intravenózně hrozí akumulace gadolinia v těle, proto jsou preferovány makrocyklické kontrastní látky v co nejmenší dávce [11] (obr. 1 a 2).
T2 vážený sken
T2 vážený sken je jak typický sken T2 TSE s vysokým signálem moku a tukové tkáně, tak sken FLAIR.
T2 TSE
Optimální šíře vrstvy je maximálně 4 mm v rovině axiální, 3D TSE technika není vzhledem k artefaktům z proudění vhodná – nedisponuje dostatečným tkáňovým kontrastem k vlastní diagnostice intraaxiální léze; je použitelná jako navigační sken v případě nesytícího se tumoru [12].
T2 FLAIR
3D FLAIR (na podkladě TSE SPACE) je proveditelný na nových strojích pro možnost posouzení ve třech rovinách. Při sledování pacienta skenovaného v axiální rovině je tato sekvence doporučena k náběru ve 2D pro možnost srovnání s předchozími nálezy.
Sekvence 3D FLAIR postkontrastně přináší výhody v detekci leptomeningeálních metastáz [13]. Postkontrastní FLAIR nenahrazuje postkontrastní sekvenci T1 ani nativní FLAIR, je technikou doplňkovou (obr. 3 a 4).
Volitelnou částí protokolu jsou sekvence T2 gradientního echa – hodnocení rozhraní solidní tkáň/tekutina – prostory vyplněné mokem – CISS, T2 DRIVE [14].
Difuzí vážené zobrazení
Základní sekvencí DWI je zobrazení difuze ve všech směrech – izotropní difuze – v axiálním skenu a ve vrstvě maximálně 4 mm.
Vzhledem k celularitě nádorů je zobrazení DWI využitelné i pro možnost kvantifikace pomocí ADC map (mapy aparentního difuzního koeficientu ADC a hodnoty střední difusibility – mean diffusibility MD) [15]. Hodnota celulární denzity přibližně odpovídá agresivitě tumoru, což je potvrzeno opakovanými studiemi. Premisa principu je přítomnost mitoticky aktivních buněk s velkým jádrem a redukovaným množstvím cytoplazmy. Snížené množství volné vody v buňce má korelát v DWI s poklesem difuzibility – tzv. restrikce v difuzi, která má korelát v buněčné denzitě [10,16].
Pro provedení sekvence jsou nutné minimálně dvě hodnoty difuzního faktoru b (0 a 1 000), optimálně tři a více k detekci tvaru křivky difuzibility – ovlivňuje hodnoty ADC. Nárůst šumu při vyšších faktorech b redukuje využití kalkulovaných hodnot, tyto mají vliv na hodnoty ADC.
Doporučení je měřit hodnotu b 1 000 jako poslední, nekalkulovat ji (zejména pro 1,5T přístroje) [17].
Standartní technikou náběru DWI je single-shot sekvence EPI, k potlačení šumu a artefaktů z rozhraní tkání lépe využít readout-segmented echo-planární sekvence. Obě techniky se neliší ve vlivu na hodnotu ADC [18] (obr. 5).
Susceptibilně vážený obraz
Susceptibilně vážený obraz je gradientní sekvencí citlivou na nehomogenity magnetického pole – susceptibilita. Není součástí doporučení, ale autoři považují sekvenci za velmi přínosnou. Toto vážení performuje přítomnost molekul sloučenin vápníku či železa, čímž je umožněna detekce kalcifikací i rozpadových produktů krve; novější přístroje vybavené rekonstrukcí fázové mapy dovolí obě skupiny sloučenin odlišit. Přítomnost rozpadových produktů krve nebo kalcifikací je jednou z veličin, které diferenciálně diagnosticky predikují typ tumoru.
Zobrazení tenzoru difuze
Hodnotí směrovou anizotropní difuzi vody – posouzení průběhu mozkových drah s aktivní difuzí vody [19] – posouzení prostorových vztahů [20]. Kromě hodnoty ADC (MD) poskytuje hodnoty radiální a axiální difuzibility (AD, RD) a hodnoty frakční anizotropie (FA) [21] (obr. 6).
Magnetická rezonanční spektroskopie
Zobrazuje metabolický profil tkáně, standardně je využívána jednovoxelová spektroskopie, je doporučen jeden čas echa (okolo 135 ms). 3T přístroj vzhledem k síle pole dává více signálu. Na 1,5T využívaná sekvence PRESS má na 3T omezené využití. Doporučena je technika semiLASER [22]. Žádoucí je softwarová kvantifikace získaných spekter. I vizuální hodnocení křivky má klinický přínos [23] (obr. 7).
Perfuzní zobrazování
Existuje více metod perfuze, ty se mohou při interpretaci lišit. Provádí se identicky se sklonem T2 a DWI, vrstva optimálně 3 mm.
Nejběžnější metodou je dynamická perfuze pomocí susceptibility kontrastu (DSC) – využívá T2* efektu kontrastní látky. Hlavní získanou veličinou je cerebrální krevní objem (cerebral blood volume; CBV), jeho hodnota je ovlivněna množstvím kontrastní látky, z důvodů akumulace gadolinia není doporučován prebolus, doporučena je dávka co nejnižší jako single dose [24].
Další množností je T1 perfuze jako dynamický kontrastní sken s podáním kontrastní látky a ziskem dalších perfuzních parametrů [25].
Nativní variantou perfuze je arteriální spin labeling. Je prokázáno, že agresivní nádory mají vyšší hodnoty mozkového krevního průtoku. Kombinací informací z DWI lze získat podobné hodnoty jako z DSC perfuze bez použití kontrastní látky [26] (obr. 8). Přehled základních sekvencí uvádí tab 1.
Zobrazení spinálního kanálu k detekci drop-out metastatické infiltrace
Při provádění MR dítěte s mozkovým tumorem je doporučeno zobrazení celého páteřního kanálu k detekci možných implantačních metastáz v plenách i intraaxiálně – spinální MR (sMR). Nezbytně nutné je provést sken T1 postkontrastně k detekci sytících se lézí jak v oblasti plen, tak vlastní míchy. Ke zvážení je sekvence s potlačením signálu tuku. Časový management je optimální po zobrazení mozku. V případě nesytících se tumorů s restrikcí v difuzi je provedení DWI celého kanálu samozřejmostí [27,28]. Pokud časové poměry dovolí, je dobré provést sken T2 s potlačeným signálem tuku (short tau inversion recovery; STIR) – tento typ potlačení tuku v TSE sekvenci dává dobrý kontrast míchy a okolních tkání.
Časné pooperační nebo peroperační vyšetření
Dle nejnovějších doporučení je peroperační nebo časné pooperační vyšetření pacienta s mozkovým tumorem optimální. Provádí se během neurochirurgického výkonu nebo těsně po něm. Nezbytně nutnými sekvencemi je provedení nativního a postkontrastního skenu v T1 se subtrakcí (odstranění rušivého signálu methemoglobinu) k posouzení sytícího se rezidua. Nezbytnou sekvencí je T2 k posouzení morfologických poměrů a DWI pro detekci maligního rezidua, event. pro detekci čerstvé ischemie. Existují práce, které již v časném pooperačním období trvají i na provedení PWI [3,29,30].
Diskuze
Provádění pokročilých technik MR je samozřejmostí na pracovištích, které úzce spolupracují s centry péče o děti s tumory mozku (pracoviště neurologická, neurochirurgická i onkologická).
Perfuzní sken je zásadní pro odlišení low-grade a high-grade porce mozkového tumoru – typickým znakem high-grade tumoru je elevace mapy CBV [31]. Provedení perfuze dává nástroj k detekci stupně nádoru, tato metodika je spolehlivá hlavně u gliomů [32].
DTI a pokročilá difuze mají místo v plánování operačního přístupu, umožňují objektivizovat celularizaci tkáně a typ převažující difuze. Změny pokročilých parametrů difuze slibují korelovat i metabolický profil tkáně, jako např. ve studii Augelliho et al, kteří prokázali souvislost parametrů DTI a isocitrátdehydrogenázy (IDH) statu tumoru [21]. V běžné praxi mohou parametry modulovat plánovaný zákrok, umožní sledovat změny po léčbě.
Spektroskopické (metabolické) zobrazení v běžné praxi přináší diferenciaci neuronálního původu expanze (astrocytom, ependymom, …) od nádorů vznikajících mimo zárodečný list neuroektodermu (např. embryonální tumory, meduloblastom, …). Základní technikou je single voxel spektroskopie z krátkých TE (time to echo) okolo 30 ms. Tato technika dobře zobrazí peak myo-inositolu, což je metabolit gliální. Při optimalizovaném provedení technika funguje i na přístrojích 1,5T a umožňuje další diferenciaci hodnocené expanze [33]. Slibnou se jeví spektroskopie dalších nádorových metabolitů – např. již rozšířená detekce statu IDH (metabolit 2-hydroxyglutarát) – i spíše experimentální stanovení kodelece 1p19q (metabolit cystathionin) [34,35].
Závěr
Standardizovaný protokol zobrazení nádorů mozku v dětském věku přináší možnost spolupráce pracovišť MR s centry péče o onkologicky nemocné děti. Výsledky jsou konzistentní, komparovatelné a nesou možnost dlouhodobého sledování v blízkosti bydliště dítěte. V případě nově podchyceného tumoru je již vstupní vyšetření MR validní a přispívá k rychlosti diagnózy.
Rozšířený protokol zobrazení tumoru mozku u dětí dává možnost poměrně spolehlivé predikce typu nádoru. Tím moduluje léčebnou strategii za účelem minimálních následků při maximálním možném terapeutickém zásahu.
Konflikt zájmů
Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádný konflikt zájmů.
MUDr. Pavla Hanzlíková, Ph.D., MBA
Ústav radiodiagnostický
LF OU a FN Ostrava
17. listopadu 1790/5
708 52 Ostrava-Poruba
e-mail: pavla.hanzlikova@fno.cz
Přijato k recenzi: 22. 11. 2022
Přijato do tisku: 15. 3. 2023
Sources
1. Avula S, Peet A, Morana G et al. European Society for Paediatric Oncology (SIOPE) MRI guidelines for imaging patients with central nervous system tumours. Childs Nerv Syst 2021; 37 (8): 2497–2508. doi: 10.1007/s00 381-021-05199-4.
2. Ellingson BM, Bendszus M, Boxerman J et al. Consensus recommendations for a standardized Brain Tumor Imaging Protocol in clinical trials. Neuro Oncol 2015; 17 (9): 1188–1198. doi: 10.1093/neuonc/nov095.
3. D‘Arco F, Mertiri L, de Graaf P et al. Guidelines for magnetic resonance imaging in pediatric head and neck pathologies: a multicentre international consensus paper. Neuroradiology 2022; 64 (6): 1081–1100. doi: 10.1007/s00234-022-02950-9.
4. Widmann G, Henninger B, Kremser C et al. MRI sequences in head & neck radiology – state of the art. Rofo 2017; 189 (5): 413–422. doi: 10.1055/s-0043-103280.
5. Leao DJ, Craig PG, Godoy LF et al. Response assessment in neuro-oncology criteria for gliomas: practical approach using conventional and advanced techniques. AJNR Am J Neuroradiol 2020; 41 (1): 10–20. doi: 10.3174/ajnr.A6358.
6. Cooney TM, Cohen KJ, Guimaraes CV et al. Response assessment in diffuse intrinsic pontine glioma: recommendations from the Response Assessment in Pediatric Neuro-Oncology (RAPNO) working group. Lancet Oncol 2020; 21 (6): e330–e336. doi: 10.1016/S1470-2045 (20) 30166-2.
7. Erker C, Tamrazi B, Poussaint TY et al. Response assessment in paediatric high-grade glioma: recommendations from the Response Assessment in Pediatric Neuro-Oncology (RAPNO) working group. Lancet Oncol 2020; 21 (6): e317–e329. doi: 10.1016/S1470-2045 (20) 301 73-X.
8. Komada T, Naganawa S, Ogawa H et al. Contrast-enhanced MR imaging of metastatic brain tumor at 3 tesla: utility of T (1) -weighted SPACE compared with 2D spin echo and 3D gradient echo sequence. Magn Reson Med Sci 2008; 7 (1): 13–21. doi: 10.2463/mrms.7.13.
9. Bapst B, Amegnizin JL, Vignaud A et al. Post-contrast 3D T1-weighted TSE MR sequences (SPACE, CUBE, VISTA/BRAINVIEW, isoFSE, 3D MVOX): technical aspects and clinical applications. J Neuroradiol 2020; 47 (5): 358–368. doi: 10.1016/j.neurad.2020.01.085.
10. Notohamiprodjo M, Staehler M, Steiner N et al. Combined diffusion-weighted, blood oxygen level-dependent, and dynamic contrast-enhanced MRI for characterization and differentiation of renal cell carcinoma. Acad Radiol 2013; 20 (6): 685–693. doi: 10.1016/ j.acra.2013.01.015.
11. Kanda T, Osawa M, Oba H et al. High signal intensity in dentate nucleus on unenhanced T1-weighted MR images: association with linear versus macrocyclic gadolinium chelate administration. Radiology 2015; 275 (3): 803–809. doi: 10.1148/radiol.14140364.
12. Algin O, Ucar M, Ozmen E et al. Assessment of third ventriculostomy patency with the 3D-SPACE technique: a preliminary multicenter research study. J Neurosurg 2015; 122 (6): 1347–1355. doi: 10.3171/2014.10.JNS14 298.
13. Fukuoka H, Hirai T, Okuda T et al. Comparison of the added value of contrast-enhanced 3D fluid-attenuated inversion recovery and magnetization-prepared rapid acquisition of gradient echo sequences in relation to conventional postcontrast T1-weighted images for the evaluation of leptomeningeal diseases at 3T. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31 (5): 868–873. doi: 10.3174/ajnr.A1937.
14. Besta R, Shankar YU, Kumar A et al. MRI 3D CISS- a novel imaging modality in diagnosing trigeminal neuralgia – a review. J Clin Diagn Res 2016; 10 (3): ZE01–03. doi: 10.7860/JCDR/2016/14011.7348.
15. Kooreman ES, van Houdt PJ, Keesman R et al. ADC measurements on the Unity MR-linac – a recommendation on behalf of the Elekta Unity MR-linac consortium. Radiother Oncol 2020; 153: 106–113. doi: 10.1016/j.radonc.2020.09.046.
16. Novak J, Zarinabad N, Rose H et al. Classification of paediatric brain tumours by diffusion weighted imaging and machine learning. Sci Rep 2021; 11 (1): 2987. doi: 10.1038/s41598-021-82214-3.
17. Porter DA, Heidemann RM. High resolution diffusion-weighted imaging using readout-segmented echo-planar imaging, parallel imaging and a two-dimensional navigator-based reacquisition. Magn Reson Med 2009; 62 (2): 468–475. doi: 10.1002/mrm.22024.
18. Haller S, Barkhof F. Neuroimaging in dementia: a clinical approach. In: Barkhof F, Jager R, Thurnher M et al (eds.). Clinical neuroradiology: the ESNR textbook. Berlín: Springer 2018.
19. Landers MJF, Meesters SPL, van Zandvoort M et al. The frontal aslant tract and its role in executive functions: a quantitative tractography study in glioma patients. Brain Imaging Behav 2022; 16 (3): 1026–1039. doi: 10.1007/s11682-021-00581-x.
20. Ferda J, Kastner J, Mukensnabl P et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging of glial brain tumors. Eur J Radiol 2010; 74 (3): 428–436. doi: 10.1016/ j.ejrad.2009.03.030.
21. Augelli R, Ciceri E, Ghimenton C et al. Magnetic resonance diffusion-tensor imaging metrics in High Grade Gliomas: correlation with IDH1 gene status in WHO 2016 era. Eur J Radiol 2019; 116: 174–179. doi: 10.1016/ j.ejrad.2019.04.020.
22. Wilson M, Andronesi O, Barker PB et al. Methodological consensus on clinical proton MRS of the brain: review and recommendations. Magn Reson Med 2019; 82 (2): 527–550. doi: 10.1002/mrm.27742.
23. Manias KA, Gill SK, MacPherson L et al. Diagnostic accuracy and added value of qualitative radiological review of. Neurooncol Pract 2019; 6 (6): 428–437. doi: 10.1093/nop/npz010.
24. Hedderich D, Kluge A, Pyka T et al. Consistency of normalized cerebral blood volume values in glioblastoma using different leakage correction algorithms on dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging data without and with preload. J Neuroradiol 2019; 46 (1): 44–51. doi: 10.1016/j.neurad.2018.04. 006.
25. Seiberlich N, Gulani V, Campbell A et al. Quantitative magnetic resonance imaging. Amsterdam: Academic Press 2020.
26. Golay X, Ho ML. Multidelay ASL of the pediatric brain. Br J Radiol 2022; 95 (1134): 20220034. doi: 10.1259/ bjr.20220034.
27. Sharma A, Low JT, Kumthekar P. Advances in the diagnosis and treatment of leptomeningeal disease. Curr Neurol Neurosci Rep 2022; 22 (7): 413–425. doi: 10.1007/s11910-022-01198-3.
28. Nguyen TK, Nguyen EK, Soliman H. An overview of leptomeningeal disease. Ann Palliat Med 2021; 10 (1): 909–922. doi: 10.21037/apm-20-973.
29. D‘Arco F, Khan F, Mankad K et al. Differential diagnosis of posterior fossa tumours in children: new insights. Pediatr Radiol 2018; 48 (13): 1955–1963. doi: 10.1007/s00247-018-4224-7.
30. Dumba M, Fry A, Shelton J et al. Imaging in patients with glioblastoma: a national cohort study. Neurooncol Pract 2022; 9 (6): 487–495. doi: 10.1093/nop/npac048.
31. Latif G, Al Anezi FY, Iskandar DNFA et al. Recent advances in classification of brain tumor from MR images – state of the art review from 2017 to 2021. Curr Med Imaging 2022; 18 (9): 903–918. doi: 10.2174/1573405618666220117151726.
32. Piccardo A, Tortora D, Mascelli S et al. Advanced MR imaging and. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2019; 46 (8): 1685–1694. doi: 10.1007/s00259-019-04333-4.
33. Orphanidou-Vlachou E, Kohe SE, Brundler MA et al. Metabolite levels in paediatric brain tumours correlate with histological features. Pathobiology 2018; 85 (3): 157–168. doi: 10.1159/000458423.
34. Branzoli F, Pontoizeau C, Tchara L et al. Cystathionine as a marker for 1p/19q codeleted gliomas by in vivo magnetic resonance spectroscopy. Neuro Oncol 2019; 21 (6): 765–774. doi: 10.1093/neuonc/noz031.
35. Landheer K, Gajdošík M, Juchem C. A semi-LASER, single-voxel spectroscopic sequence with a minimal echo time of 20.1 ms in the human brain at 3 T. NMR Biomed 2020; 33 (9): e4324. doi: 10.1002/nbm.4324.
Labels
Paediatric neurology Neurosurgery NeurologyArticle was published in
Czech and Slovak Neurology and Neurosurgery
2023 Issue 2
Most read in this issue
- Současné a budoucí terapeutické možnosti léčby generalizované formy myasthenia gravis
- Problematika posuzování invalidity po prodělané cévní mozkové příhodě
- Cenobamát v léčbě farmakorezistentní fokální epilepsie
- Standardizované a pokročilé techniky MR v diagnostice dětských nádorů mozku