1 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? ...
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 • • • • • • • •
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
Magnetische resonantie beeldvorming
2
Magnetische resonantie-beeldvorming
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
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 • • • • • • • •
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
Magnetische resonantie Beeldvorming Wat is het huidige gebruik bij borstkanker?
• Screening van high risk vrouwen • Work-up van patiënten met positieve
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 • • • • • • • •
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
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
1. Verbeterde visualisatie tumor/dcis 2. Verbeterde spectroscopie om effect chemo te zien 3. Verbeterde visualisatie okselklieren
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
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 • • • • • • • •
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
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 • • • • • • • •
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
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
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
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
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
H&E stained 1.5x magnification
3D T1w FFE 180µm resolution
Lymph vessel
34
Morphology Lymph & blood vessels 5mm
H&E stained 1.5x magnification
3D T1w FFE 180µm resolution
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
