Termal Terapilerin Yönlendirilmesinde Çift Yollu Sekanslar Kullanarak Manyetik Rezonans Termometrisinin Sıcaklık-Gürültü Oranını Artırmak için 1.5T, 3T ve 7T’de Organa Özgü Öneriler

Amaç: Termal tedaviler, cerrahi müdahaleye minimal invaziv alternatifler sağlar. Güvenlik ve etkinlikleri, doğru sıcaklık izleme gerektirir. Manyetik rezonans (MR) termometrisinin sıcaklık/ gürültü oranının (TNR), çift yollu sekanslarla 3T manyetik alan değerinde dokuya özgü parametreler kullanılarak artırılabileceği daha önce gösterilmiştir. Bu çalışma, daha fazla dokuda 1.5T, 3T ve 7T manyetik alan güçlerinde, doğruluk ve hız artırabilmek için, kapsamlı öneriler sunar. Gereç ve Yöntemler: Çift yollu bir ‘Kararlı-Hal-Serbest-Devinim-Hızlı-Görüntüleme’ (FISP)-‘ters FISP’(PSIF) sekansının TNR’si, daha geleneksel bir çift FISP ile karşılaştırıldı. Analitik çözümler, TNR hesaplamaları ve Monte Carlo simülasyonları ile yazılım doğrulandı. Öneriler, 1.5T ve 3T’de meme glandüler ve yağ dokusu, miyometriyum, endometriyum, serviks, karaciğer, prostat, pankreas, dalak, miyokard, optik sinir ve omurilik; 1.5T, 3T ve 7T’de gri madde, beyaz madde, böbrek medulla ve korteks, iskelet kası, yağ, kıkırdak ve kemik iliği için, geliştirildi. Bulgular: PSIF-FISP kullanımı, TR azaldıkça TNR’yi büyük ölçüde artırırken, sapma-açısı arttıkça ise TNR’yi hafifçe artırmıştır. Özellikle, böbrek, uterus, prostat, dalak, optik sinir ve omurilikte çoğu parametre ayarında ve alan değerinde iyileşme görülmüştür. Ek olarak, karaciğer, pankreas, kıkırdak, iskelet kası, miyokard ve memede yalnızca kısa tekrar-süresi (TR) ayarlarında iyileşme görülmüştür. Beyinde 1.5T ve 3T’de çoğu parametre ayarlarında iyileşme görülürken, iyileşme 7T’de azalmıştır. Yağ ve kemik iliğinde 1.5T’de çoğu parametre ayarında iyileşme görülürken, iyileşme 3T ve 7T’de azalmıştır. Servikste ise 3T’de çoğu parametre ayarlarında yaygın iyileşme görülürken, 1.5T’de yalnızca kısa TR ayarlarında iyileşme görülmüştür. Sonuç: MR termometrisi TNR ve görüntü elde etme hızı, çift yollu dizinlerle hedef dokuya ve manyetik alan değerine göre seçilen parametreler kullanılarak, önemli ölçüde artırılabilir.

Organ-Specific Recommendations for Increasing Temperature- To-Noise Ratio of Magnetic Resonance Thermometry Using Dual-Pathway Sequences at 1.5T, 3T, and 7T during Guidance of Thermal Therapies

Objective: Thermal therapies provide minimally-invasive alternatives to surgery. Their safety andefficacy require accurate temperature monitoring. Dual-pathway sequences were shown to improvemagnetic resonance (MR) thermometry temperature-to-noise-ratio (TNR) using tissue specificparameters at 3T. This study provides expanded guidance for increasing accuracy and speed, across awider range of tissue types at magnetic field strengths 1.5T, 3T and 7T.Material and Methods: TNR of a dual-pathway ‘Fast-Imaging-with-Steady-state-free-Precession’(FISP)-‘inverted-FISP’ (PSIF) sequence was compared to a more conventional dual-FISP. Softwarewas validated against analytical solutions, TNR calculations and Monte Carlo simulations.Recommendations were developed for breast glandular tissue and fat, myometrium, endometrium,cervix, liver, prostate, pancreas, spleen, myocardium, optic nerve and spinal cord at 1.5T and 3T; andfor gray matter, white matter, kidney medulla and cortex, skeletal muscle, fat, cartilage, bone marrowat 1.5T, 3T, and 7T.Results: TNR improved using PSIF-FISP: in the kidney, uterus, prostate, spleen, optic nerve andspinal cord at most parameters and fields; in the liver, pancreas, cartilage, skeletal muscle, myocardium,and breast at only short repetition-times (TR); in the brain at 1.5T and 3T across most parameters, butthe benefits decreased at 7T; in fat and bone marrow at 1.5T across most parameters, but the benefitsdecreased at 3T and 7T; and in the cervix at 1.5T at only short TRs, and at 3T with widespreadbenefits at most parameters. In all cases, PSIF-FISP improved TNR greatly as TR decreased, andslightly as the flip-angle increased.Conclusion: MR thermometry TNR and speed can increase considerably using dual-pathwaysequences with parameters selected based on target tissue and magnetic field strength.

___

  • 1. Silva D, Sharma M, Juthani R, Meola A, Barnett GH. Magnetic resonance thermometry and laser interstitial thermal therapy for brain tumors. Neurosurg Clin N Am 2017; 28(4):525-33.
  • 2. Boone CE, Wojtasiewicz T, Moukheiber E, Butala A, Jordao L, Mills KA, Sair H, Anderson WS. MR-Guided functional neurosurgery: Laser ablation and deep brain stimulation. Top Magn Reson Imaging 2018; 27(3):171-7.
  • 3. Zafar A, Quadri SA, Farooqui M, Ortega-Gutierrez S, Hariri OR, Zulfiqar M, Ikram A, Khan MA, Suriya SS, Nunez-Gonzalez JR, Posse S, Mortazavi MM, Yonas H. MRI-Guided high-intensity focused ultrasound as an emerging therapy for stroke: A review. J Neuroimaging 2019; 29(1):5-13.
  • 4. Ierardi AM, Savasi V, Angileri SA, Petrillo M, Sbaraini S, Pinto A, Hanozet F, Marconi AM, Carrafiello G. Percutaneous high frequency microwave ablation of uterine fibroids: Systematic review. Biomed Res Int 2018; 2018:2360107.
  • 5. Kılıç G, Bildacı T, Boruban M. Anormal uterus kanamasında mikrodalga endometriyal ablasyon (Mea) uygulanan hastalarin vaka serisi. Turkish Journal of Gynecologic Oncology 2006; 9(2):39-45.
  • 6. Yang YL, Chen CZ, Zhang XH. Microwave ablation of benign thyroid nodules. Future Oncol 2014; 10(6):1007- 14.
  • 7. Mauri G, Sconfienza LM, Pescatori LC, Fedeli MP, Ali M, Di Leo G, Sardanelli F. Technical success, technique efficacy and complications of minimally-invasive imagingguided percutaneous ablation procedures of breast cancer: A systematic review and meta-analysis. Eur Radiol 2017; 27(8):3199-210.
  • 8. Karadag M, Cecen K, Demir A, Bagcıoğlu M, Kocaaslan R, Sofikerim M. Prostat kanserinde fokal tedavi alternatifleri. Kafkas Tıp Bilimleri Dergisi 2015; 1:18-24.
  • 9. de Senneville BD, Moonen C, Ries M. MRI-Guided HIFU methods for the ablation of liver and renal cancers. Adv Exp Med Biol 2016; 880:43-63.
  • 10. de Baere T, Tselikas L, Gravel G, Hakime A, Deschamps F, Honore C, Mir O, Lecesne A. Interventional radiology: Role in the treatment of sarcomas. Eur J Cancer 2018; 94:148-55.
  • 11. Moynagh MR, Kurup AN, Callstrom MR. Thermal ablation of bone metastases. Semin Intervent Radiol 2018; 35(4):299-308.
  • 12. Parker DL, Smith V, Sheldon P, Crooks LE, Fussell L. Temperature distribution measurements in twodimensional NMR imaging. Med Phys 1983; 10(3):321-5.
  • 13. Ishihara Y, Calderon A, Watanabe H, Okamoto K, Suzuki Y, Kuroda K, Suzuki Y. A precise and fast temperature mapping using water proton chemical shift. Magn Reson Med 1995; 34(6):814-23.
  • 14. Rieke V, Butts Pauly K. MR thermometry. J Magn Reson Imaging 2008; 27(2):376-90.
  • 15. de Senneville BD, Roujol S, Jais P, Moonen CT, Herigault G, Quesson B. Feasibility of fast MR-thermometry during cardiac radiofrequency ablation. NMR Biomed 2012; 25(4):556-62.
  • 16. Weidensteiner C, Quesson B, Caire-Gana B, Kerioui N, Rullier A, Trillaud H, Moonen CT. Real-time MR temperature mapping of rabbit liver in vivo during thermal ablation. Magn Reson Med 2003; 50(2):322-30.
  • 17. Sherar MD, Moriarty JA, Kolios MC, Chen JC, Peters RD, Ang LC, Hinks RS, Henkelman RM, Bronskill MJ, Kucharcyk W. Comparison of thermal damage calculated using magnetic resonance thermometry, with magnetic resonance imaging post-treatment and histology, after interstitial microwave thermal therapy of rabbit brain. Phys Med Biol 2000; 45(12):3563-76.
  • 18. Smith NB, Buchanan MT, Hynynen K. Transrectal ultrasound applicator for prostate heating monitored using MRI thermometry. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999; 43(1):217-25.
  • 19. Streitparth F, Walter T, Wonneberger U, Schnackenburg B, Philipp CM, Collettini F, Teichgraber UK, Gebauer B. MR guidance and thermometry of percutaneous laser disc decompression in open MRI: An ex vivo study. Cardiovasc Intervent Radiol 2014; 37(3):777-83.
  • 20. Fite BZ, Liu Y, Kruse DE, Caskey CF, Walton JH, Lai CY, Mahakian LM, Larrat B, Dumont E, Ferrara KW. Magnetic resonance thermometry at 7T for real-time monitoring and correction of ultrasound induced mild hyperthermia. PLoS One 2012; 7(4):e35509.
  • 21. Svedin BT, Payne A, Parker DL. Respiration artifact correction in three-dimensional proton resonance frequency MR thermometry using phase navigators. Magn Reson Med 2016; 76(1):206-13.
  • 22. Odeen H, de Bever J, Almquist S, Farrer A, Todd N, Payne A, Snell JW, Christensen DA, Parker DL. Treatment envelope evaluation in transcranial magnetic resonance-guided focused ultrasound utilizing 3D MR thermometry. J Ther Ultrasound 2014; 2:19.
  • 23. Buchenberg WB, Wassermann F, Grundmann S, Jung B, Simpson R. Acquisition of 3D temperature distributions in fluid flow using proton resonance frequency thermometry. Magn Reson Med 2016; 76(1):145-55.
  • 24. de Bever JT, Odeen H, Hofstetter LW, Parker DL. Simultaneous MR thermometry and acoustic radiation force imaging using interleaved acquisition. Magn Reson Med 2018; 79(3):1515-24.
  • 25. Madore B, Panych LP, Mei CS, Yuan J, Chu R. Multipathway sequences for MR thermometry. Magn Reson Med 2011; 66(3):658-68.
  • 26. Ciris PA, Cheng CC, Mei CS, Panych LP, Madore B. Dual-Pathway sequences for MR thermometry: When and where to use them. Magn Reson Med 2017; 77(3):1193-200.
  • 27. Cheng C-C, Mei C-S, Aksit Ciris P, Mulkern RV, Balasubramanian M, Chung H-W, Chao T-C, Panych LP, Madore B. Simultaneous frequency and T2 mapping, applied to thermometry and to susceptibility-weighted imaging. Proceedings of the International Society of Magnetic Resonance in Medicine, 2015. Toronto, Canada. 333.
  • 28. Hanicke W, Vogel HU. An analytical solution for the SSFP signal in MRI. Magn Reson Med 2003; 49(4):771- 5.
  • 29. Zur Y, Stokar S, Bendel P. An analysis of fast imaging sequences with steady-state transverse magnetization refocusing. Magn Reson Med 1988; 6(2):175-93.
  • 30. Gyngell ML. The steady-state signals in short-repetitiontime sequences. Journal of Magnetic Resonance (1969) 1989; 81(3):474-83.
  • 31. Lewa CJ, Majewska Z. Temperature relationships of proton spin-lattice relaxation time T1 in Biological Tissues. Bull Cancer 1980; 67(5):525-30.
  • 32. Cline HE, Hynynen K, Hardy CJ, Watkins RD, Schenck JF, Jolesz FA. MR temperature mapping of focused ultrasound surgery. Magn Reson Med 1994; 31(6):628- 36.
  • 33. Matsumoto R, Oshio K, Jolesz FA. Monitoring of laser and freezing-induced ablation in the liver with T1- weighted MR imaging. J Magn Reson Imaging 1992; 2(5):555-62.
  • 34. Graham SJ, Bronskill MJ, Henkelman RM. Time and temperature dependence of MR parameters during thermal coagulation of ex vivo rabbit muscle. Magn Reson Med 1998; 39(2):198-203.
  • 35. Bazrafshan B, Hübner F, Farshid P, Larson MC, Vogel V, Mäntele W, Vogl TJ. A liver-mimicking MRI phantom for thermal ablation experiments. Medical Physics 2011; 38(5):2674.
  • 36. Bottomley PA, Foster TH, Argersinger RE, Pfeifer LM. A review of normal tissue hydrogen NMR relaxation times and relaxation mechanisms from 1-100 MHz: dependence on tissue type, NMR frequency, temperature, species, excision, and age. Med Phys 1984; 11(4):425-48.
  • 37. Wright PJ, Mougin OE, Totman JJ, Peters AM, Brookes MJ, Coxon R, Morris PE, Clemence M, Francis ST, Bowtell RW, Gowland PA. Water proton T1 measurements in brain tissue at 7, 3, and 1.5 T using IREPI, IR-TSE, and MPRAGE: Results and optimization. MAGMA 2008; 21(1-2):121-30.
  • 38. Cox RW, Gowland PA. Measuring T2 and T2’ in the brain at 1.5T, 3T and 7T using a hybrid gradient echospin echo sequence and EPI. Toronto: International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 2008.
  • 39. de Bazelaire CM, G. D, Rofsky NM, Alsop DC. MR imaging relaxation times of abdominal and pelvic tissues measured in vivo at 3.0 T: Preliminary results. Radiology 2004; 230(3):652-9.
  • 40. Metzger GJ, Snyder C, Akgun C, Vaughan T, Ugurbil K, Van de Moortele PF. Local B1+ shimming for prostate imaging with transceiver arrays at 7T based on subjectdependent transmit phase measurements. Magn Reson Med 2008; 59(2):396-409.
  • 41. Gold GE, Han E, Stainsby J, Wright G, Brittain J, Beaulieu C. Musculoskeletal MRI at 3.0 T: Relaxation times and image contrast. AJR Am J Roentgenol 2004; 183(2):343- 51.
  • 42. Jordan CD, Saranathan M, Bangerter NK, Hargreaves BA, Gold GE. Musculoskeletal MRI at 3.0 T and 7.0 T: A comparison of relaxation times and image contrast. Eur J Radiol 2013; 82(5):734-9.
  • 43. Rakow-Penner R, Daniel B, Yu H, Sawyer-Glover A, Glover GH. Relaxation times of breast tissue at 1.5T and 3T measured using IDEAL. J Magn Reson Imaging 2006; 23(1):87-91.
  • 44. Stanisz GJ, Odrobina EE, Pun J, Escaravage M, Graham SJ, Bronskill MJ, Henkelman RM. T1, T2 relaxation and magnetization transfer in tissue at 3T. Magn Reson Med 2005; 54(3):507-12.
Akdeniz Tıp Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Termal Terapilerin Yönlendirilmesinde Çift Yollu Sekanslar Kullanarak Manyetik Rezonans Termometrisinin Sıcaklık-Gürültü Oranını Artırmak için 1.5T, 3T ve 7T’de Organa Özgü Öneriler

Pelin ÇİRİŞ

Timpanoskleroz Hastalarında Serum Fetuin-A, Paratiroid Hormon ve Elektrolit Düzeylerinin Değerlendirilmesi

Ömer Faruk ÖZER, Fatih SAVRAN, Ahmet BAKİ, Muhammet YILDIZ

Vasküler Loop'un Tinnitus Şiddetine Etkisi

Emine DEMIR, Fatma BEYAZAL CELIKER, Metin CELIKER, Gokce AYDIN BALABAN, Engin DURSUN

Periton Diyalizi Hastalarında Peritoneal Eşitleme Testinin Yıllar İçindeki Değişimi ve Bu Değişime Etki Eden Faktörlerin Belirlenmesi

Hasan SÖZEL, Fatih YILMAZ, Feyza BORA, Fettah Fevzi ERSOY, Yıldız KILAR SÖZEL

Acil Servis Başvurularında Varfarin İlişkili Komplikasyonların ve Hastaların İlaç Bilgi Düzeyinin Değerlendirilmesi

Seda ÖZKAN, Necmi BAYKAN, Şule YAKAR, Polat DURUKAN

Diş Hekimliğinde Tamamlayıcı Bitkisel Tedaviler

Gülfem ERGÜN, Zeynep ŞAHİN, İrem KARA

Alkole Bağlı Olmayan Hepatik Steatoz ve Diyette Doymuş Yağ Asitleri: Olası Mekanizmalara Güncel Bakış

Funda TAMER, Reyhan NERGİZ ÜNAL

Erişkin Başlangıçlı Langerhans Hücreli Histiositozis Tanılı Olguların Retrospektif Değerlendirilmesi: 14 Olguluk Tek Merkez Deneyimi

Hacer Berna AFACAN ÖZTÜRK, Abdulkerim YILDIZ, Murat ALBAYRAK, Senem MARAL, Pınar CÖMERT, Merih Reis ARAS

Umblikal Venöz Katetere Bağlı Nadir Bir Komplikasyon: Perikardiyal Tamponad

Ayşe SÜLÜ, Berna HEKİMOĞLU

Larenks Kanserlerinde Hyoid Kemik İnvazyonu Prognostik Belirteçler İçerisinde Yer Almalı mı?

Neslihan YAPRAK