Vilken sekvens skall vi välja för MR av hjärnan efter kontrastmedelsinjektion?

Vilken sekvens skall vi välja för MR av hjärnan efter kontrastmedelsinjektion? Patrik Ring, Neuroradiolog doktorand Neuroradiologiska kliniken Karolinska Sjukhuset patrik.ring@ki.se MR FORSKNING NEURORADIOLOGI: Stefan Skare, fysiker docent Anders Lilja, neuroradiolog docent Magnus Mårtensson, fysiker doktorand Mathias Engström, fysiker doktorand Ola Norbeck, fysiker Enrico Avventi, postdoc

Forskargruppens huvudintresse är rörelsekorrigering. Retrospektiv : 2D T1 SE Propeller med 3D rörelsekorrektion 2D T2 SE Prop, 2D FLAIR SE Prop, Prospektiv rörelsekorrektion (Med FatNav): Alla sekvenser Både 2D och 3D Propellerutläsning av k-space Stefan Skare et. al. 3D FatNav 35-70 ms Enrico Avventi et. al. Collapsed FatNav ca 9 ms Mathias Engström et. al.

Min uppgift: Klinisk Validering av T1 SE propeller Studera hur sekvenserna fungerar kliniskt på patienter. Hur påverkas bilden av rörelsekorrigeringen Vilken kontrast får vi när vi använder hårt processade bilder? Hur hanteras grå / vitsubstans differentiering? Hur påverkas artefakter? Hur avbildas patologi? En mycket stor del av patienterna på vår klink har primära och sekundära hjärntumörer. Att avbilda kontrastladdande områden så bra som möjligt är avgörande. Strålbehandling inriktas ofta mot de delar av tumören som laddar kontrast. När en låggradigt glial tumör transformeras och börjar att ladda kontrast leder detta oftast till omprövad behandling. Med vad skall man jämföra? Vad är golden standard? Delprojekt: Skapa en databas med systematiska jämförelser mellan TE SE och olika testsekvenser, huvudsakligen kvantitativ som kan användas för att indirekt jämföra nya sekvenser.

T1-viktade sekvenser 2D: T1 SE, T1 TSE, T1 FLAIR, 3D: MPRAGE, BRAVO, CUBE, SPACE

STOR VARIATION mellan olika sekvenser Fischbach F J Compu Assist Tomogr (2005) 29;499-505

Litteraturgenomgång - 27 bra artiklar 1992-2014 authors year journal B0 sekvenser patients lesions lesion type Resultat dokumentaion Mirowitz SA 1992 Radiology 185(2):529-34 1.5T 3DFT GRE vs T1 SE 61 101 various 3D GRE=T1SE Saknar pdf Chappell PM 1994 AJNR 1994;15:37-44 T1 SE vs 3D GRE vs 2D GRE? 48? T1 SE>3D GRE>2D GRE Saknar pdf Pui M, Fok E 1995 AJR 1995;165:959-962 1.5T SE vs GRE (FMPSPGR) 51 142 various 3D GRE > T1 SE pdf Bluml S 1996 Magn Reson Imaging 14(3):329-35 MP-RAGEx4 vs SE 64? various T1 SE > MPRAGE Saknar pdf Li D 1996 J Magn Reson Imaging 6(3):415-24 3D GRE vs SE?? slå ihop 3D GRE snitt snr lika bra som SE saknar pdf Melhem E R 1997 AJR 168_1091-1095 1,5T T1 SE vs T1 FSE 25 32 Various T1 FSE > T1 SE pdf Sugahara T 1999 AJNR 1999 20(8):1554-9 1,5T T1 SE vs T1 FSE 60? various T1 FSE lite bättre än T1 SE (MT effekt?) pdf Lee J K 2000 J of Clin Imaging 24:263-269 1,5T T1 FLAIR vs T1 SE 15 18 various T1 FLAIR (T1 FIR) bättre än T1 SE pdf Aprile I 2001 Rivista di Neuroradiologia (2001) 14;259-265 1T SE, FSE, GE, -/+MT 47 48 tc T1 FSE+MT mnågot bättre än SE papper Bandai H 2002 Neurol Med Chir 42(1):5-10 1,5 T T1 FLAIR vs T1 SE 20? gliomas T1 SE > T1 FLAIR pdf Fischbach F 2005 J Compu Assist Tomogr (2005) 29;499-505 3T SE, FSE, IR FSE, 2D GRE, 3D GRE 7 12 various T1 SE> IR FSE> 3D GRE > 2D GRE pdf Kakeda S 2007 Eur Radiol 2007;17:2345-2351 3T SE, IR FSE, 3D SPGR 21 97 mets 3D GRE (SPGR) > T1 SE> T1 IR pdf Komada T et. al. 2008 MRM SCI 2008;7:13-21 3T SE vs T1 space vs MPRAGE 22 35 mets 3d TSE=2D SE= MPRAGE pdf Furutani K 2008 J Compu Assist Tomogr (2008) 32: 3T SE vs 3D FSPGR 18 81 mets 3D GRE > T1 SE (for thin 3d similar for thick) pdf Naganawa S 2008 Eur Radiol 2008 18;337-342 1,5T T1 FLAIR BLADE vs T1 SE 9(27) 55 mets T1 FLAIR BLADE>T1 SE pdf Alibek S 2008 Acad Radiol 2008 15:986-995 1.5T SE, T1 FLAIR BLADE 48 40 various(pediatric) T1 FLAIR BLADE >T1 SE pdf bättr 2008 Acta Radiologica (2008) 49:1167-1173 1.5T 2d t1 SE vs 3d mprage 47 133 mets MPRAGE bättre än T1 SE pdf Qian YF 2008 AJNR 29:701-704 1,5 T T1 FLAIR vs T1 SE 31 352 T1 SE > T1 FLAIR pdf Kato Y 2009 AJNR 2009;30:923-29 3T 3D TSE vs 3d GRE 16 92 mets 3D TSE > MPRAGE pdf Alkan et. Al. 2009 Diagn Interv Radiol 2009;15:75-80 1,5T T1 FLAIR BLADE vs T1 se 50 50 various T1 FLAIR BLADE >> T1 SE pdf Al-Saeed O 2009 J of Medical Imaging and Radiation Onc 52 366-72 1,5 T T1 flair vs T1 fse 20? various T1FLAIR > T1 FSE pdf Stanley DW 2010 ISMRM Abstract_2010 3T SE vs BRAVO vs CUBE 6(15) 6 TC CUBE>BRAVO pdf Nagao E 2011 AJNR (2011) 32: 664.-670 3T 3D TSE-MSDE/no MSDE+3D MPRAGE 31(227) 485 mets 3D TSE > MPRAGE (sämre spec) pdf Park J 2012 Invest Radiol (2012) 47:136-141 3T 3d tse vs 3d mprage 35 242 mets 3D TSE > mprage pdf Yoshida A 2013 J Compu Assist Tomogr 2013 37:84-90 3T 3D T1 TSE (VISTA) vs 3D T1 FLAIR 14 129 mets 3D TSE > T1 3D FLAIR pdf Reichert M 2013 Invest Radiol 2013 48:55-60 3T SPACE vs MPRAGE 17 161 mets 3D TSE >MPRAGE pdf T1 SE vs T1 FLAIR eller T1 FSE (T1a) Yang S 2013 Invest Radiol 2013 48:113-119 3T 3d t1 tse vs mprage 26 mets 3D TSE > MPRAGE pdf 3D GRE vs T1 SE (T1b) T1 FLAIR BLADE vs T1 SE (T1d) 715 3D TSE vs 3D GRE

T1 viktning och kontrastladdande lesioner Forskningsläget 3D TSE 3D GRE T1 FLAIR BLADE T1 FLAIR T1 FSE T1 SE 3D TSE(SPACE,CUBE) 3D GRE(MPRAGE, T1 FLAIR BLADE T1 FLAIR T1 FSE T1 SE BRAVO,GRASS..) 3D TSE>3D GRE7(7) 3D GRE vs T1 SE (9) 3+2+3 T1 FLAIR BLADE>T1 SE (3) T1 FLAIR>T1 FSE T1 SE vst1 FLAIR (1) 2+1 T1 FSE> T1 SE (3)

3D T1 TSE > 3D T1 GRE T1 3D TSE (T1 SPACE) T1 3D GRE (MPRAGE) SPACE: Sampling Perfection with Application-optimized Contrasts using different flipangle Evolutions MP-RAGE: Magnetization-Prepared RApid Gradient-Echo Kudo et. al. AJNR 2009

3D T1 GRE >T1 SE magnetizationprepared rapid gradient-echo (3D MP-RAGE) Takeda T 2008 Acta Radiologica (2008) 49:1167-1173

T1 FLAIR BLADE >T1 SE Comparable appearance of tumors with both solid (long black arrow) and Very good suppression of vessels (black arrows) with the FLAIR BLADE cystic/necrotic portions (long white arrow) with spin-echo sequence technique technique (right) in contrast to the spin-echo sequence technique (left) but (left) and BLADE technique (right). Also note the artifacts on the spin-echo excellent depiction of pathology (intraventricular lesion) with quantitatively sequence image due to in plane head motion (short white arrow) and pulsation higher SI. (short black arrow), suppressed with BLADE technique. Alibek S 2008 Acad Radiol 2008 15:986-995

T1 viktning och kontrastladdande lesioner. Forskningsläget Vad vet vi? 3D TSE (CUBE, SPACE) är bättre än 3D GRE (BRAVO, MPRAGE) T1 FSE är bättre än T1 SE?? T1 FLAIR BLADE är bättre än T1 SE Vad är oklart? 3D GRE (BRAVO, MPRAGE) vs T1 SE olika studier pekar i olika riktningar T1 FLAIR vs T1 SE olika studier pekar i olika riktningar MEN: Oerhört spretiga studier vad gäller sekvensval, typ av patologi som undersökts, utvärdering och statistik.

Mitt delprojekt: T1 viktning och kontrastladdande lesioner. 3D TSE 3D GRE T1 FLAIR BLADE T1 FLAIR T1 FSE T1 SE 3D TSE(SPACE,CUBE) 3D GRE(MPRAGE, T1 FLAIR BLADE T1 FLAIR T1 FSE T1 SE BRAVO,GRASS..) 3D TSE>3D GRE7(7) T1 CUBE vs T1 SE T1 BRAVO vs T1 SE T1 PROPELLER vs T1 SE T1 FLAIR vs T1 SE

Generiskt protokoll Ax T1 - SE Ax T1 - test sequence -- Gd injection -- Other T2-sequences during contrast uptake Ax T1 - SE Ax T1 - test sequence Ax T1 SE test sequence: T1 FLAIR, T1 PROPELLER, T1 BRAVO, T1 CUBE

T1 PROJEKTET Sammantaget minst 200 patienter i fyra armar, T1 SE FLAIR, 3D GRE (BRAVO), 3D TSE (CUBE) och T1 SE PROPELLER. Utvärdering av kontrastladdning, grå / vit substans differentiering, känslighet för artefakter (rörelse, flöde) kvantitativ utvärdering med bl.a. kontrastladdningskvoter och CNR men även kvalitativ bedömning. Datainsamling pågår: För närvarande 166 patienter. Planeras vara färdigt maj 2015. Vi är ungefär ett år försenade! Endast ett mindre antal kvantifierade undersökningar har kvantifierats. Metodutveckling (automatisering) pågår. MEN Kontrastladdningsanomalierna (outliers) kan inte studeras på detta sätt. Det går inte att få rimlig statistik med 50 patienter i varje arm.

Några Case Reports Oftast fungerar de allra flesta T1 sekvenser bra. Missade metastaser eller missad kontrastladdning i en glial tumör hör lyckligtvis till ovanligheterna. Att göra en studie som påvisar skillnader mellan hur ofta kontrastladdning missas med en viss sekvens jämfört med en annan sekvens med statistisk signifikans kräver många patienter. Det är svårt att göra en bra poweberäkning med det material som finns men det är osannolikt att en studie med 50 patienter är tillräckligt. Min studie är kvantitativ. De relativt ovanliga fallen med kontrastladdningsanomalier outliers får studeras retrospektivt. Vårt retrospektiva material är stort men omfattar nästan uteslutande jämförelser mellan 3D GRE BRAVO alt. FSPGR och T1 SE alt T1 FSE. Vi har nyligen börjat använda T1 PROPELLER i större skala våren 2014.

3D GRE (BRAVO) BRAVO TR/TE/TI/flip 10.3/3.86/450/12 1 mm snittjocklek 1,5T

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Kvinna 79 åå med lungcancer

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Kvinna 79 åå med lungcancer

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Man 60 år. Head Neck cancer

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Man 51, Lungcancer

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Kvinna 32 åå Astro grad III

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Kvinna 58 åå GBM

3D T1 GRE < T1 SE 3D GRE BRAVO T1 SE Man 75 åå Parotis cancer

Slutsats (3D GRE) De case reports som jag samlat stöder uppfattningen att T1 SE med TE 10 TR ca 500 och 4 mm snitt är bättre än 3D BRAVO som är en IR preparerad fspgr i vårt fall med 1 mm snitt. Problemen kan emellertid bero på IR sekvensen och / eller problem med gradienteko sekvensen. Det vet vi inte!

3D TSE (CUBE) T1 CUBE TR/TE 3500/10/ETL 24 snitt 1 mm 3T

T1 SE < T1 CUBE T1 SE + Gd T1 CUBE T1 SE + Gd Man 56 åå GBM

T1 SE < T1 CUBE T1 SE + Gd T1 CUBE T1 SE + Gd Man 56 åå GBM

3D T1 CUBE = T1 SE T1 SE Nr 1 T1 CUBE T1 SE Nr 2

3D T1 CUBE = T1 SE T1 SE Nr 1 T1 CUBE T1 SE Nr 2

T1 SE = T1 CUBE T1 SE + Gd T1 CUBE T1 SE + Gd Man 65 åå GBM

Slutsats I litteraturen jämförs 3D TSE och 3D GRE vi har valt att jämföra 3D TSE och 2D T1 SE. Jag har i de fall som ingår i studien hittat flera där metastaser framräder bäst på CUBE och är svårare att se på T1 SE. Men vanligtvis är dessa båda spinekobaserade sekvenser förvånansvärt lika. Man kan sannolikt med fördel byta ut T1 SE mot 3D T1 TSE!

PROPELLER T1 PROP TR/TE/flip 471/9.14/90 4 mm snitt isat+17 blad 1,5T

T1 SE PROPELLER > T1 SE och BRAVO T1 SE + Gd 3D GRE T1 + Gd T1 SE PROPELLER + Gd

T1 SE PROPELLER > T1 SE och BRAVO T1 SE + Gd 3D GRE T1 + Gd T1 SE PROPELLER + Gd

T1 SE PROPELLER > T1 SE och BRAVO T1 SE + Gd 3D GRE T1 + Gd T1 SE PROPELLER + Gd

T1 SE PROPELLER > T1 SE och BRAVO T1 SE + Gd 3D GRE T1 + Gd T1 SE PROPELLER + Gd

T1 SE = T1 PROP T1 SE + Gd T1 SE PROP T1 SE + Gd Man 75 åå GBM

Slutsats T1 PROPELLER är lika bra eller bättre än T1 SE vad gäller kontrastladdning. Den stora skillnaden är att propeller ger bättre resultat vid patientrörelser och flödesartefakter (framför allt i bakre skallgropen). T1 SE PROPELLER kan sannolikt ersätta T1 SE.

T1 FLAIR T1 FLAIR TR/TE/flip/TI 2500/10/90/1022 4 mm snittjocklek 1,5T

T1 FLAIR > T1 SE T1 SE + Gd T1 FLAIR T1 SE + Gd

T1 FLAIR > T1 SE T1 SE + Gd T1 FLAIR T1 SE + Gd Man 55 åå Oligo

SLUTSATS (T1 FLAIR) Bättre grå vit differentiering och färre kärl. Jag har inget fall där en metatas som ses på T1 FLAIR inte ses på T1 SE. Men det finns i detta fall en ENORM selection bias eftersom vi nästan inte använder T1 FLAIR.

T1 viktning och kontrastladdande lesioner Vi behöver en metod för att bedöma kontrastladdning som är känslig, som är robust och som inte varierar mellan leverantörer och maskiner. Den bästa metoden i detta avseende är T1 SE men både T1 SE PROPELLER/ BLADE eller 3D TSE är fullgoda och i de flesta avseenden sannolikt bättre alternativ. Även T1 FLAIR verkar vara fullt användbar. Man bör vara försiktig om man använder en 3D GRE sekvens. Studierna är djupt oeniga men komplettering med en spinekosekvens kan vara av värde! Det spelar kanske inte så stor roll om man missar en metastas av 5 men 50% av alla patienter med hjärnmetastaser har en enda metatsas. Att missa denna enda metastas kan få allvarliga konsekvenser för patienten. Att missa det tillfälle då ett låggradigt astrocytom börjar ladda kontrast och blir höggradigt kan också vara allvarligt för patienten eftersom detta indikerar malignifiering vilket oftast leder till terapibyte.

TACK! Patrik Ring, Neuroradiolog doktorand Neuroradiologiska kliniken Karolinska Sjukhuset patrik.ring@ki.se