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Article de méthode

Échographie focalisée guidée par résonance magnétique en temps réel pour les métastases osseuses douloureuses

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DOI :

10.3791/60615

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5 mars 2021

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1Department of Radiation Oncology, Taipei Medical University Hospital, 2The Ph.D. Program for Translational Medicine, College of Medical Science and Technology, Taipei Medical University and Academia Sinica, Taipei Medical University, 3School of Dentistry, College of Oral Medicine, Taipei Medical University, 4Department of Radiology, School of Medicine, College of Medicine, Taipei Medical University, 5Taipei Cancer Center, Taipei Medical University, 6Graduate Institute of Biomedical Materials & Tissue Engineering, College of Biomedical Engineering, Taipei Medical University

Dans cet article

Résumé

La résonance magnétique pourrait offrir une surveillance en temps réel de la position et de la température des ultrasons focalisés dans l’ablation thermique pour les métastases osseuses douloureuses, quel que soit le type de cancer ou les traitements locaux antérieurs. Notre méthode novatrice d’assurance qualité pourrait faciliter l’application de ce traitement efficace et sécuritaire.

Résumé

Les os sont l’un des sites les plus courants de métastases cancéreuses, qui causent généralement de la douleur et altèrent la qualité de vie. La radiothérapie associée aux opioïdes est le traitement standard des métastases osseuses douloureuses. Ce traitement permet de contrôler efficacement la douleur chez 60 à 74 % des patients, mais les choix de traitement et les avantages limités sont disponibles pour les métastases osseuses douloureuses récurrentes ou résiduelles après la radiothérapie. Plus de 40 % des patients ressentent encore des douleurs osseuses modérées à sévères après une réirradiation. L’échographie focale guidée par résonance magnétique (MRgFUS) combine des ultrasons focalisés de haute intensité, qui permettent l’ablation thermique des métastases osseuses et la réduction ultérieure de la douleur, avec une thermométrie par résonance magnétique (IRM) en temps réel pour surveiller la température des images IRM anatomiques, avec une précision de 1 °C, une résolution spatiale de 1 mm et une résolution temporelle en 3 s. En plus d’être de plus en plus utilisé cliniquement pour contrôler les douleurs osseuses métastatiques, l’utilisation de MRgFUS pour d’autres maladies a également été testée. Cependant, l’utilisation d’un logiciel d’IRM comme thermomètre est la seule technique disponible pour vérifier la précision du logiciel et assurer la distribution d’énergie. Ici, nous décrivons une méthode efficace d’assurance qualité que nous avons développée pour la détection thermique et la distribution d’énergie avant chaque traitement MRgFUS et proposons également un flux de travail modifié pour accélérer le traitement ainsi que pour réduire la douleur des patients pendant la procédure.

Introduction

Les os sont l’un des sites les plus courants de métastases cancéreuses, qui causent généralement de la douleur et altèrent la qualité de vie. La radiothérapie (RT) associée aux opioïdes est le traitement standard des métastases osseuses douloureuses. Ce traitement permet de contrôler efficacement la douleur chez 60 à 74 % des patients1. Cependant, les choix de traitement disponibles sont limités pour les douleurs osseuses métastatiques récurrentes ou résiduelles après la RT. La réirradiation, l’intervention chirurgicale, la cryoablation percutanée ou l’ablation par radiofréquence et l’augmentation des doses d’opioïdes systémiques et d’analgésiques sont des options aux indications limitées et généralement avec des effets secondaires. De plus, ces traitements secondaires ont donné des résultats insatisfaisants : plus de 40 % des patients continuent de ressentir des douleurs osseuses modérées à sévères après une réirradiation2.

Les systèmes d’ultrasons focalisés de haute intensité intègrent les ultrasons de plusieurs angles en un seul endroit, transférant l’énergie acoustique à des températures ablatives de plus de 65 °C3. Cette technique non invasive a été utilisée pour l’ablation thermique à divers endroits et pour divers types de lésions 4,5. En général, les systèmes à ultrasons focalisés génèrent de l’énergie acoustique à des fréquences de 200 kHz-4 MHz 6,7, produisant une intensité dans le point focal de l’ordre de 100-10 000 W/cm2. À ces niveaux d’énergie, les faisceaux d’ultrasons focalisés déclenchent une augmentation de la température cellulaire sur le volume de tissu traité. L’élévation de température varie en fonction du coefficient d’absorption tissulaire, prédit à l’aide de l’analyse d’Arrhenius ou de la relation iso-effet de Sapareto-Dewey. Pour obtenir un meilleur contrôle et une augmentation plus rapide de la température, des volumes focaux de 0,2 à 5mm3 sont suggérés pour chaque sonication. Par conséquent, l’ablation de grandes surfaces nécessite le pavage de plusieurs sonications pour couvrir un grand volume et créer des dommages thermiques homogènes. En plus de causer des dommages à la suite d’effets thermiques, les ultrasons focalisés créent également des microbulles en raison de facteurs physiques tels que la diffusion rectifiée dans la zone traitée. Lorsque la taille des microbulles atteint une limite, elles finissent par imploser, provoquant des ondes de microchoc et affectant les tissus environnants. Cet effet parallèle non thermique contribue également aux lésions tissulaires et à la nécrose tumorale.

Contrairement à d’autres techniques de guidage d’images, telles que l’imagerie par échographie, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) fournit une image tridimensionnelle de l’anatomie avec des images à résolution claire des tissus mous et une surveillance quantitative de la température. Le logiciel de cartographie de la thermométrie quantitative par IRM peut calculer le changement thermique en degrés Celsius, puis superposer les emplacements respectifs sur les images anatomiques IRM8. En détectant le décalage de fréquence de résonance des protons dans l’hydrogène de l’eau, qui correspond à environ 0,01 ppm par degré Celsius, la séquence IRM sensible à la température peut contrôler le dépôt d’énergie, avec une précision de 1 °C pour la mesure des changements thermiques, une résolution spatiale de 1 mm et une résolution temporelle de 3 s 9,10. Grâce à ce logiciel étendu, l’appareil IRM pourrait fournir des images diagnostiques et détecter les changements thermiques en quelques secondes, en les cartographiant sur les images anatomiques tout au long du traitement. Malgré le développement d’une technique aussi innovante, peu d’articles décrivent une sécurité qualitative lors de chaque traitement. Ici, nous visons à partager notre protocole et nos expériences avec MRgFUS.

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Protocole

L’approbation du Joint Institutional Review Board de l’Université de médecine de Taipei a été obtenue pour cette étude.

REMARQUE : Le même protocole, validé dans Kao et al.11, a été utilisé pour traiter 138 cas entre 2015 et 2019. Les critères d’inclusion pour l’inscription au traitement étaient les suivants : 1) la présence d’une métastase osseuse douloureuse solitaire et distincte ; 2) pas d’administration d’un traitement local antérieur à la lésion osseuse ciblée ; et 3) la possibilité d’accéder à la lésion osseuse ciblée avec MRgFUS (Table of Materials). Les patients présentant des fractures pathologiques imminentes ont été exclus. Les matériaux et appareils détaillés sont répertoriés dans le tableau des matériaux.

1. Consultation de prétraitement et simulation de tomodensitométrie pour le point de traitement

  1. Évaluation des patients indiqués pour la MRgFUS
    1. Évaluer l’aptitude du patient à recevoir l’IRMgFUS dans le traitement de la douleur osseuse métastatique. Expliquer l’intervention et les renseignements connexes au patient et à sa famille. Enregistrez les analgésiques quotidiens et le score de douleur avant et après la médication.
    2. Demandez à un radio-oncologue et à un radiologiste de localiser la lésion et l’anatomie voisine en se basant sur la tomodensitométrie (TDM) ou l’imagerie par résonance magnétique (IRM) avant le traitement.
      REMARQUE : Les métastases vertébrales sont exclues en raison d’une lésion possible de la moelle épinière ou de la queue de cheval. Les lésions du tronc doivent être traitées dorsalement plutôt que ventralement afin d’éviter de blesser les principaux vaisseaux et organes.
  2. Confirmez le point de traitement par simulation CT 1 jour avant MRgFUS.
    1. Placez le patient en position couchée, la tête la première, sur le divan et effectuez une tomodensitométrie hélicoïdale (120 kV, 400 mAs/tranche) sur la zone de traitement avec une épaisseur de coupe de 3 mm. Ajustez et inclinez la position du patient, au centre du divan, pour localiser la lésion.
    2. Placez un marqueur TDM, un fil conducteur de 1 cm, à la surface de la peau, verticalement le plus près de la lésion, et effectuez à nouveau une tomodensitométrie hélicoïdale (120 kV, 400 mAs/tranche) pour confirmer la position du patient et l’emplacement du marqueur CT. Marquez l’emplacement du marqueur CT avec un marqueur et prenez une photo de la position du patient.
      REMARQUE : Une confirmation précise du point de traitement et de la position avant MRgFUS peut faciliter le processus de positionnement pendant MRgFUS.

2. Préparation du patient à l’EMgFUS le jour du traitement

  1. Vérifier l’identité du patient à l’aide d’une pièce d’identité avec photo. Vérifiez que le patient a retiré tous les objets métalliques et les dispositifs magnétiques avant l’examen.
  2. Prescrire des analgésiques locaux et systémiques avant le traitement.
    1. 1 h avant l’heure de traitement prévue, appliquez la crème de lidocaïne sur la peau marquée, avec un rayon de 10 cm. Retirez délicatement la crème 10 min avant le traitement.
    2. À 30 minutes avant le traitement, verser par voie intraveineuse 5 mg de dexaméthasone avec 50 ml de solution saline normale pendant 10 minutes et 30 mg de kétorolac avec 50 ml de solution saline normale pendant 10 minutes. Placez la ligne intraveineuse périphérique sur l’une ou l’autre main, l’avant-bras, la jambe ou le pied du côté opposé à la lésion.
  3. Vérifiez les signes vitaux du patient (fréquence cardiaque, pression artérielle, fréquence respiratoire et saturation sanguine) 5 minutes avant d’envoyer le patient pour un traitement.

3. Assurance qualité quotidienne (DQA) avant MRgFUS

  1. Configuration DQA
    1. Remplacez le divan de diagnostic par le divan MRgFUS équipé d’un transducteur à ultrasons focalisé et connectez le divan au système.
      REMARQUE : Le personnel doit retirer tous les objets métalliques et appareils électriques, y compris les bagues, les montres, les stylos, les téléphones portables ou les cartes d’identité magnétiques, avant d’entrer dans la salle d’IRM.
    2. Appliquez du gel de transmission d’ultrasons (~1 mm d’épaisseur) et de l’eau dégazée sur le panneau de surface du transducteur à ultrasons focalisé.
      REMARQUE : Veillez à ne pas rayer le panneau en plastique pendant ce processus.
    3. Couvrez soigneusement le panneau avec un rideau en plastique, en évitant les plis du rideau sur la surface du panneau. Ajoutez de l’eau dégazée à un niveau aussi élevé que le serpentin MR sur le canapé.
      REMARQUE : Veillez à ne pas faire de bulles de gaz entre le panneau, le gel de transmission, le rideau et l’eau dégazée.
    4. Placez lentement et soigneusement le tampon de gel sur le panneau sans créer de bulles de gaz pendant le processus. Placez le fantôme DQA sur le coussin de gel sans créer de bulles de gaz.
    5. Placez la bobine MR sur le canapé et connectez la bobine à l’appareil IRM. Appuyez sur Landmark sur le panneau de commande de l’IRM et alignez le laser rouge sur la bande noire de la bobine. Ensuite, appuyez sur Avancé pour scanner sur le panneau de commande de l’IRM.
  2. Préscan DQA
    1. Cliquez sur Inactif sur le système IRM pour créer un nouvel examen IRM. Entrez DQA comme nom du patient et entrez 50 kg pour le poids corporel. Choisissez Couché sur le dos et Pieds en premier comme paramètres de balayage.
    2. Choisissez le protocole de numérisation ExAblate - Plan - Os. Cliquez ensuite sur Enregistrer la série | Télécharger | Numériser. Vérifiez les images de numérisation sur le moniteur pour vérifier s’il n’y a pas de bulles de gaz.
      REMARQUE : Si des bulles de gaz sont trouvées, configurez à nouveau le DQA pour les éliminer.
  3. Procédure DQA
    1. Cliquez sur Tumeurs osseuses sur le système MRgFUS et cliquez sur Calibrer pour démarrer le DQA. Cliquez sur IRM et confirmez que le numéro d’examen est le même que dans le système IRM.
    2. Ajustez la position du transducteur dans les images axiale et sagittale afin de laisser le champ de sonication couvrir le fantôme. Cliquez sur Charger pour charger les images IRM. Cliquez ensuite sur Affaissement | Sélectionnez Tout pour sélectionner toutes les images. Cliquez sur Hache | Sélectionnez à nouveau Tout .
    3. Cliquez sur Dessiner pour définir la zone de sonication. Cliquez sur Ligne de peau pour dessiner le contour de la surface entre le fantôme et le tampon de gel. Cliquez sur Copier pour copier les lignes de peau sur toutes les tranches sagittales et axiales des images. Ajustez et confirmez ensuite que la ligne de peau est correcte dans chaque image.
    4. Cliquez sur Zone de traitement pour définir le contour de la zone de traitement dans le fantôme pour trois tranches continues. Cliquez sur Protocole pour choisir Os 15 , puis cliquez sur Appliquer. Cliquez sur Fiducial et choisissez un point dans le fantôme comme point de référence.
  4. Planification de l’AQD
    1. Cliquez sur Plan | Vérifiez pour continuer. Cliquez sur Ajouter une sonication pour ajouter un point pour la sonication dans le fantôme. Confirmez que le champ de sonication se trouve à l’intérieur du fantôme dans chaque tranche sagittale et axiale.
    2. Réglez les paramètres de balayage : direction = Coronal et tranche numérique = 5 avec une sortie d’énergie prédéfinie. Cliquez sur Sonication pour commencer.
  5. Étalonnage
    1. Après la sonication, la surveillance du système MRgFUS montre les images de température. Confirmez le point de chauffage et cliquez sur Centre pour marquer l’emplacement. Utilisez la souris pour vérifier le point de chauffage et d’autres points différents pour comparer la courbe thermique afin de localiser des artefacts ou des signaux d’arrière-plan.
    2. Le système montre des réglages pour l’emplacement du transducteur en millimètres sur 3 axes. Cliquez sur Accepter , puis sur Retour pour effectuer à nouveau la sonication avec une augmentation de 20 % de l’énergie. Vérifiez que le 2eréglage est inférieur à 1 mm et cliquez sur Rejeter.
    3. Réglez le paramètre de balayage : direction = Axial et tranche numérique = 5 avec sortie d’énergie prédéfinie. Effectuez les réglages axiaux comme décrit aux étapes 3.5.1 et 3.5.2. Cliquez sur Quitter pour quitter DQA et supprimer le fantôme.

4. Positionnement du patient et IRM avant le traitement

  1. Positionnement du patient
    1. Positionnez le patient sur le divan MRgFUS dans la même position que lors de la simulation précédente à l’étape 1.2. Alignez la marque sur la peau avec le centre du tampon de gel.
    2. Fixez le patient au divan à l’aide d’une ceinture de sécurité et apprenez-lui à utiliser le bouton d’urgence. Placez l’oxymètre de pouls au doigt sur un index.
    3. Placez la bobine MR sur le canapé et alignez la bobine. Appuyez ensuite sur Avancé pour numériser sur le panneau de commande MRI.
  2. IRM de prétraitement
    1. Créez un nouvel examen par résonance magnétique et entrez les informations sur le patient. Choisissez Supine et Feet First comme paramètres de balayage et le protocole de balayage comme ExAblate - Plan - Bone.
    2. Acquérez des images T2 à trois plans, puis cliquez sur Afficher Modifier pour confirmer la zone de numérisation. Cliquez sur Enregistrer | Télécharger | Prébalayage automatique. Confirmez la zone de numérisation après le prébalayage, puis cliquez sur Scan.
  3. Confirmez la lésion et la position du patient.
    1. Reconfirmez la lésion, le champ d’IRM et la position du patient.
      REMARQUE : Le champ de balayage IRM doit être au-dessus de la zone de traitement et couvrir le transducteur à ultrasons.
    2. Examinez toute bulle de gaz entre la surface de la peau et le coussinet de gel. Repositionnez le patient si des bulles de gaz sont présentes.

5. Remodelage et planification du traitement

  1. Importer des images MR
    1. Cliquez sur Tumeurs osseuses sur le système MRgFUS. Contournage par clic | Effectuez un balayage IRM et confirmez que le numéro de l’examen est le même que dans le système d’IRM.
    2. Cliquez sur Charger pour charger les images IRM collectées à l’étape 4.2. Cliquez sur Affaissement | Sélectionnez Tout. Cliquez ensuite sur Axe | Sélectionnez à nouveau Tout .
  2. Contournage
    1. Cliquez sur Dessiner pour définir la zone de sonication. Cliquez sur Ligne de peau pour modeler la surface de la peau. Cliquez sur Copier pour copier les lignes de peau dans toutes les tranches sagittales et axiales des images. Ajustez et confirmez que la ligne de peau est correcte dans chaque image.
      REMARQUE : La ligne de peau doit être profilée sur chaque tranche d’image IRM avec le transducteur à ultrasons.
    2. Cliquez sur Structure pour dessiner le contour de la surface de l’os. Cliquez sur Bloquer pour contourner les organes vitaux, tels que les nerfs, les vaisseaux ou les intestins, afin d’empêcher la sonication à travers ces zones. Cliquez sur Fiducial et choisissez un point proche de la lésion comme point de référence.
  3. Planification
    1. Cliquez sur Plan | Cochez la case pour continuer une fois que tous les contours sont terminés. Passez en revue la planification du traitement et ajustez la sonication si nécessaire.
      REMARQUE : La voie de sonication doit aller du transducteur à la lésion à travers la surface de la peau.

6. Vérification et traitement

  1. Analgésiques et sédatifs
    1. 10 minutes avant la vérification et le traitement, verser par voie intraveineuse 25 mg de mépéridine et 7,5 mg de midazolam avec 50 ml de solution saline normale pendant 10 minutes.
    2. Goutte à goutte par voie intraveineuse 7,5 mg de morphine avec 50 ml de solution saline normale pendant 10 minutes à un intervalle de 30 minutes si le patient se plaint de douleurs pendant le traitement.
      REMARQUE : Le médecin peut ajuster les analgésiques et les sédatifs en fonction des conditions cliniques.
    3. Vérifiez périodiquement le pouls et l’oxymètre entre les sons.
      REMARQUE : Si le patient est très nerveux ou a besoin d’être accompagné, une infirmière ou un membre du personnel peut rester à l’intérieur pendant la sonication. L’IRM et les ultrasons ne causent pas de radiations ni de dommages aux autres membres du personnel à proximité.
  2. Vérification
    1. Choisissez une sonication avec des paramètres prédéfinis et cliquez sur Sonication pour commencer. Surveillez l’élévation de température et la courbe thermique du point de chauffage ainsi que du point de référence pour vérifier la présence d’artefacts ou de signaux de fond. Augmentez la production d’énergie et répétez la sonication au même endroit.
    2. Répétez la sonication au même endroit jusqu’à ce que la température dépasse 65 °C pour atteindre l’ablation thermique.
      REMARQUE : Différentes personnes avec une masse corporelle différente, des endroits différents et des tissus différents auraient des absorptions d’énergie et des changements thermiques différents. Il est nécessaire d’utiliser moins d’énergie pour la vérification.
      REMARQUE : Le chauffage répété du même endroit ou d’une zone voisine en peu de temps peut influencer la thermométrie IRM. Par conséquent, laissez le système s’arrêter si les intervalles de sonication sont trop proches.
  3. Traitement
    1. Cliquez sur Sonication pour démarrer le traitement avec la sortie d’énergie vérifiée décrite à l’étape 6.2.
    2. Surveillez l’élévation de température et la courbe thermique du point de chauffage et répétez la sonication avec une production d’énergie croissante jusqu’à ce que la température dépasse 65 °C. Effectuez toutes les sonications pour la zone de traitement.

7. Évaluation post-traitement

  1. IRM post-traitement
    1. Effectuez un balayage post-MRgFUS avec toutes les séries, comme aux étapes 4.2 et 4.3.
    2. Injecter un produit de contraste intraveineux à une vitesse de 4 à 5 mL/s et effectuer une IRM avec contraste à l’étape 7.1.1.
      REMARQUE : Le volume de contraste est basé sur le poids corporel (c.-à-d. 0,2 mL par 1 kg).
  2. Évaluer l’effet thermique/traitement de l’IRM post-traitement. Répétez la sonication si l’ablation thermique ne traite pas l’ensemble de la lésion.

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Résultats

Un patient de 68 ans a été diagnostiqué avec un carcinome hépatocellulaire (CHC) en octobre 2012. Il a subi une lobectomie gauche le 18 octobre 2012, et la pathologie a signalé un CHC de 8,8 cm. Après l’opération, il a ressenti des douleurs et des douleurs au bas du dos, et une IRM le 2 novembre 2012 a révélé une importante masse métastatique impliquant le sacrum gauche, l’ilium et les tissus mous fessiers. En raison d’une compression tumorale et d’une douleur atteignant 6 points sur l’éc...

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Discussion

Plusieurs études ont démontré que MRgFUS est sûr et efficace pour contrôler la douleur causée par des métastases osseuses récurrentes ou résiduelles après RT12,13. Pour 64,3 à 72,0 % des patients, la douleur osseuse métastatique persiste après la RT et les opioïdes. Des études ont également déterminé que MRgFUS a une toxicité limitée et un traitement tolérable.

MRgFUS a reçu l’approbation pour une util...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Les auteurs remercient Renyi Wang, physicienne médicale, pour son aide dans l’étude de la DQA.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Sachet d’eau de dégazage de 1 LInSightecASM001480pour une bonne transmission du faisceau d’ultrasons
TomodensitométriePhilipsBrilliance Big Bore 16 Slice CT, 7387Acquisition d’images CT pour le positionnement
EXABLATEInSightecEXABLATE 2000Système d’ablation non invasive des tumeurs par ultrasons focaux (FUS) sous guidage par résonance magnétique (MR)
Gel Pad ASSYInSightecSET999014Transmission coussin de gel pour le traitement du corps unique.
IRM scanGEHDxTAcquisition d’images IRM pour le contouring et la planification
Contraste IRMGuerbetDotaremEnhance MR pour l’acquisition d’images
Kit d’accessoires patientInSightecSET000016applications cliniques Kit de traitement à usage unique
Champ patient en plastiqueInSightecDTP000067Couvrir le panneau du transducteur à ultrasons. Utilisable en toute hygiène
Bobine RF pelvienneGEASM000956Enhance MR pour l’acquisition d’images
fantômeATS Labs
ATS Labs Inc		Modèle TxS-100pour l’étalonnage
Gel de transmission d’ultrasonsInSightecSET000885 pour l’étalonnageavant le traitement FUS guidé par IRM

Références

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