7Tesla MRI van de borst

7Tesla MRI van de borst W.Mali UMCUtrecht

Index • • • • • • • •

Wat is MRI beeldvorming ? Wat kun je er mee doen ? Wat is het huidige gebruik ? Hoogveld MRI systemen ? Beeldvorming van de borst met 7T MRI Spectroscopie van de borst met 7T MRI Beeldvorming okselklieren met 7T MRI Conclusies

1

Index • • • • • • • •


Magnetische resonantie beeldvorming

2

Magnetische resonantie-beeldvorming

Index • • • • • • • •


3

Magnetische Resonantie Beeldvorming Wat kun je er mee doen? • Anatomische plaatjes • Perfusie in weefsel • pH van weefsel • Oxygenatie van weefsel • Temperatuurmeting • Spectroscopie • Visualisatie ijzerhoudende macrofagen in lymfeklieren • Visualisatie lekkende tumor vaten

Magnetische Resonantie Beeldvorming Wat kun je er mee doen? • Anatomische plaatjes • Perfusie in weefsel • pH van weefsel • Oxygenatie van weefsel • Temperatuurmeting • MR beeldvorming en MR spectroscopie • Visualisatie ijzerhoudende macrofagen in lymfeklieren • Visualisatie lekkende tumor vaten

4

MR beeldvorming en MR spectroscopy

Spiculae ?

choline pool

Spier infiltratie ?

Toename celproliferatie ?

Visualisatie ijzerhoudende macrofagen in lymfeklieren

Barentsz

5

Visualisatie ijzerhoudende macrofagen in lymfeklieren

Barentsz

Visualisatie lekkende tumor vaten in de borst

6

Index • • • • • • • •


Magnetische resonantie Beeldvorming Wat is het huidige gebruik bij borstkanker?

• Screening van high risk vrouwen • Work-up van patiënten met positieve

lymfeklieren • Evaluatie chemotherapie • Pre-operatieve stagering chirurgische patiënten

7

Magnetische resonantie Beeldvorming

Goedaardige borstleasie


Kwaadaardige borstleasie

8


Screening van high risk vrouwen

PA: IDC

9

Work-up van patiënten met positieve lymfeklieren

PA: invasive ductal carcinoma 6x5 mm

Pre-operatieve stagering chirurgische patiënten

10

Evaluatie chemotherapie

Before

After

Wat zijn de problemen met MRI • Diagnostische accuraatheid kan beter • Visualisatie DCIS is een probleem

11

Forest plot van sensitiviteit en specificiteit, met overeenkomstige 95% CIs, van geincludeerde studies.

MRI-occulte uitgebreidheid van borstkanker 100

75

50

25

>0

12

Index • • • • • • • •


Magnetische resonantie beeldvorming Wat, hoe en waarom 7-Tesla? • • • • • •

Nu in klinische praktijk 1,5T en 3T scans Ongeveer 30.000 wereldwijd in gebruik Wereldwijd nu 25 7T scanners Kosten ongeveer € 1 miljoen per Tesla Scanner weegt 36 ton 440 ton ijzer om passief magneet af te schermen

13

Magnetische resonantie beeldvorming Wat, hoe en waarom 7-Tesla? Verbeterde signaal ruis verhouding daardoor Hoge resolutie plaatjes Hoge resolutie spectra Hoge gevoeligheid ijzerdeeltjes

Magnetische resonantie beeldvorming Wat, hoe en waarom 7-Tesla? Bijwerkingen • Duizeligheid,misselijkheid,hoofdpijn

voornamelijk bij in en uitschuiven • Spiertrekkingen en visuele stimulaties tijdens onderzoek

14

Magnetische Resonantie Beeldvorming Focus 7T project

1. Verbeterde visualisatie tumor/dcis 2. Verbeterde spectroscopie om effect chemo te zien 3. Verbeterde visualisatie okselklieren

Index • • • • • • • •


15

Techniek

Signaal ruis verhouding 3T

7T

SNR 7T/3T: 5.7 fold

16

Verbeterde sinaal ruis verhouding gebruikt voor hoge resolutie 7T: 0.45 mm isotropic

7T

Betere spoelen -->Betere signaal ruis verhouding

17

Index • • • • • • • •


MR spectroscopy choline pool

in vivo human breast

anabolism

catabolism

in vivo human brain

Hydrogen O R-O-P-O-R-N+(CH3)3 O-

Phosphorus

18

Gevoeligheid van P spectroscopie 1998: 27 ml minimum tumor volume at 1.5T polarization transfer

multi element RF coil

high field: 7 Tesla polyamines choline creatine citrate

Gain: > 4.7

Gain: > 2.5

Gain: > 1.4

2010: 1 ml tumor volume at 7T

31P proton MRS

MRI

proton and phosphor MRI

phosphor MRS MRS

PE GPE GPC

total choline

Pi

tumor ppm 3.4

2.9

2.4

15

10

5

ppm

15

10

5

ppm

15

10

5

ppm

prior to chemotherapy

residual lipids

total choline

Pi

ppm 3.4

2.9

2.4

after first chemotherapy

2.4

prior to surgery

31P

total choline

ppm 3.4

2.9

19

Index • • • • • • • •


Normale okselklieren

20

Materialen en Methoden Chirurg : 2 axillary lymph node dissections

(ALNDs) van 1 obductie 7T: morphological+ quantitative analyses MRI–pathology matching: map+ color ALNDs Patholoog : bekijkt + snijdt nodes in 4mm+ 3μm plakken , kleuring met Haematoxylin & Eosin

Maximum Intensity Projection

ALND 2

(MIP) of a 3D T1 weighted fat supressed (fs) scan

0.18 mm voxels

21

MIP of 3D T1W fs scan

Paars: afferente lymph vaten Rood: efferent lymph vaten

Pathologische okselklieren

22

Activated B-cell follicle

Lymfe/bloedvat

Efferente lymfe vaten in de hilus

Gedilateerde intranodaal bloed capillares

23

Metastasis

Morphology 8mm

H&E stained 1.5x magnification

3D T1w FFE 180µm resolution

Metastases

Metastasis

Morfologie Vettige gebieden 8mm



Metastases

24

Metastases

Morfologie Vettige gebieden 8mm



Gedilateerde intranodal capillairen Metastases

Conclusie • Magnetische resonantie beeldvorming is nuttige

diagnostische aanvulling bij borstkanker detectie • Hoogveld , 7T MRI kan hoge resolutie plaatjes maken • Hoge kwaliteit spectra • Nog jarenlange technologische ontwikkeling nodig voordat het nuttig klinisch kan worden ingezet

25

Acknowledgements Radiotherapy: Jan Lagendijk Nico vd Berg Uulke vd Heide Marco Vulpen Marielle Philippens Alexander Raaijmakers Anna Andreychenko Ozlem Ipek Astrid v Lier UMC Nijmegen, oncology: Hanneke v Laarhoven UMC Nijmegen, radiology Arend Heerschap Tom Scheenen UMC Maastricht, mammography Carla Boettes UMC Leiden: Andrew Webb Hermien Kan TU Eindhoven: Jeroen Jeneson Magnet BV: Evert Beerens Abe vd Werf

7T group: Peter Luijten Hans Hoogduijn Jaco Zwanenburg Taro Takahara Natalia Petridou Jeroen Siero Daniel Polders Mandy Conijn Fredy Visser Jannie Wijnen Hugo Kroeze Vincent Boer Catalina Arteaga Bart vd Bank Ingmar Voogt Wybe vd Kemp Wouter Koning Irene Kalleveen Mariska Luttje Erwin Langenhuisen Rick v Vroenhoven Rudy de Roon Michel Italiaander Dennis Klomp Philips: Cecilia Possanzini Ruud de Boer Paul Harvey

Radiology: Willem Mali Jeroen Hendrikse Maurice vd Bosch Mies Korteweg Bertine Stehouwer Wouter Veldhuis Oncology: Elsken vd Wal Pathology: Paul v Diest Surgery: Inne Borel Rinkes Richard v Hillegersberg Yale University: Robin de Graaf 7T institute Essen: Mark Ladd Andreas Bitz ETH Zurich: Anke Hennig GlaxoSmithKline London: Giulio Gambarotta


• MR-mammografie • MR-lymfografie • MR-Total Body Imaging • MR-guided focused ultrasound

26

Diffusion-weighted MR-imaging of the body (DWIBS)

PET

DWIBS



27

Indication for breast MRI In clinical practice breast MRI is used for: 1. Screening high risk women 2. Work-up of patients with positive axillary

lymph node 3. Evaluation of response to neo-adjuvant chemotherapy 4. Preoperative staging of surgical patients

28



29

Motivation Specificity in detecting breast cancer with MRI: ~ 70% Specificity in assessing treatment efficacy with MRI: can be 50% ! How to improve therapy? Increase specificity

Even more SNR? Selective RINEPT phantom

Selective BINEPT In vivo

30

Goal 1) Explore boundaries of ex vivo nodal imaging

performed on patient oriented 7T MRI 2) Correlate these ex vivo images on a node to node

basis to pathology 3) Determine ex vivo healthy lymph node

characteristics

MR scan protocol 3D T1 weighted fat-suppressed gradient echo

sequence: 180x 180x 180 μm³

2D T1-map: 0.5x 0.5x 5mm³ 3D T2-map: 0.5x 0.5x 0.5mm³ 3D T2*-map: 350x 350x 350μm³ multi-slice diffusion weighting (for ADC): 1.0x 1.0x

1.0 mm³

31

Efferent vessels

Weefsel in vloeistof, fomblin, om lucht artefacten te voorkomen

32

7T MRI protocol Morphological analyses:

3D T1 weighted fatfat-suppressed gradient echo sequence: 180 μm isotropic 3D nodal dimensions Cortical thickness Presence/Absence of fatty center Quantitative analyses: T1T1-map [TR/TE/TI 4000/3.72/40x100 msec; 0.5x0.5x1.0 mm] 3D T2T2-map [TR/TE1/ΔTE 13618/30/30x8 msec; 0.5 mm isotropic] 3D T2*T2*-map [TR/TE1/ΔTE 136/4.96/4.96x10 msec; 0.35 mm isotropic] 3D DWI [b=0,750,1500 s/mm2; 1.0 mm isotropic]

7T MRI protocol Morphological analyses:

3D T1 weighted fatfat-suppressed gradient echo sequence: 180 μm isotropic 3D nodal dimensions Cortical thickness Presence/Absence of fatty center Quantitative analyses: T1T1-map [TR/TE/TI 4000/3.72/40x100 msec; 0.5x0.5x1.0 mm] 3D T2T2-map [TR/TE1/ΔTE 13618/30/30x8 msec; 0.5 mm isotropic] 3D T2*T2*-map [TR/TE1/ΔTE 136/4.96/4.96x10 msec; 0.35 mm isotropic] 3D DWI [b=0,750,1500 s/mm2; 1.0 mm isotropic]

33

Morphology Total: 95 nodes, 23 metastases (4 micro) 50/72 benign nodes (69%) had a fatty center 15/23 metastatic nodes (65%) had a fatty center Cortical thickness >3mm: sensitivity 87% specificity 34% ROCROC-curve: AUC 0.67

Morphology Metastasis

8mm



Lymph vessel

34

Morphology Lymph & blood vessels 5mm



Metastasis

Quantitative analyses 7T Healthy

Metastatic

Sign.

T1 (±SD) msec

956 (309)

1071 (466)

0.13

T2* (±SD) msec

15 (2)

18 (4)

0.005

T2 (±SD) msec

30 (3)

32 (7)

0.001

ADC (±SD) mm2/s

0.10· 0.10·10-3 (0.1) 0.08 ·10-3 (0.1) 0.67

35

Conclusions Morphological analyses: Fine structural nodal detail can be depicted 6060-70% of healthy AND metastatic nodes show fatty

center Poor sens/spec sens/spec of cortical thickness > 3mm Similar nodal dimensions of healthy and metastatic nodes Quantitative analyses: Significant difference in T2 and T2* NO significant difference in T1, ADC

36

7Tesla MRI van de borst

Recommend Documents