Summary
本文提供了全面的 step-by 步骤的指示, 获取全身 2-脱氧-2-(18f) 氟-d-葡萄糖 (18f 葡萄糖) PET/MRI 扫描的癌症分期儿科患者。该协议是为6岁以上的儿童, 或年龄足以遵守呼吸保持指示, 但也可以用于一般麻醉病人。
Abstract
综合 PET/MRI 是一种混合成像技术, 使临床医生获得诊断图像的肿瘤评估和治疗监测与高软组织对比度和增加代谢信息。综合 PET/磁共振成像已证明是有价值的临床设置和有许多有前途的未来应用。在这里提出的协议将提供 step-by 步骤的指示, 获取全身 2-脱氧-2-(18f) 氟-d-葡萄糖 (18f 葡萄糖) PET/MRI 数据的儿童癌症。它还提供了有关如何将全身分期扫描与局部肿瘤扫描结合以评估原发肿瘤的说明。该协议的重点是全面和时间, 这是两个普遍需要的临床应用。本协议最初是为6岁以上的儿童开发的, 或年龄足以遵守呼吸控制指令, 但也可以应用于全身麻醉患者。同样, 这个协议可以被修改, 以适应机构偏好的选择磁共振脉冲序列的全身扫描和局部肿瘤评估。
Introduction
集成正电子发射断层扫描 (PET)/磁共振成像 (MRI) 使癌症分期和治疗监测高灵敏度, 高软组织对比度, 并增加代谢信息1,2,3,4. 在成年患者中, pet/MRI 对已建立的癌症分期进行了同样好的 pet/CT 检查5,6,7。在未来, 液体活检可能会导致早期发现癌症的发展 (例如, 通过转录和循环 DNA), 并要求更敏感的成像测试比目前可找到的小肿瘤在体内8.这可能会把 PET/磁共振成像的优势, 以评估整个身体和检测癌症的解剖领域, 已经被经典的 mri 评估单独的, 如大脑, 颈部, 腹部/骨盆, 和肌肉骨骼系统。
对于儿科患者, pet/mri 有几个优势超过 pet/CT: 首先, pet/mri 提供了明显减少的辐射暴露的病人高达 74%4。这可以通过使用电离无辐射的 MRI 代替 CT 技术来实现 PET 数据的解剖 co-registration。此外, 在 MRI 扫描过程中, 现代 pet 检测系统9和更长的 pet 数据获取的灵敏度提高, 使管理的示剂量比当前的 pet/CT 协议4显著减少30-50%。第二, 将原发肿瘤和全身的分期扫描结合起来的可能性, 可以节省时间, 避免某些患者, 如骨和软组织肉瘤患者的重复 sedations。然而, 只有当所有的 PET/MRI 数据 (局部肿瘤和全身) 能够有效地获得, 并且如果结果图像数据的丰度以易于理解的形式呈现给放射学家时, "一站式" 分期扫描才会是临床可行的。在这里提出的协议将提供 step-by 的指示, 获取 PET/MRI 数据, 可用于临床分期的儿童癌症, 特别注意儿科人口的特殊需要。
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Protocol
这里介绍的所有方法都是根据斯坦福大学机构审查委员会批准的一项研究报告建立的。ferumoxytol 的 "标签" 使用是在调查员发起的研究新药应用 (工业 111154) 下进行的。
1. 在 PET/MRI 扫描前24小时: 患者安全检查
- 使用 MRI 安全问卷对患者进行潜在磁场危险的筛网。如果对静脉磁共振造影剂的管理进行计划, 检查禁忌症, 如过敏史和肾脏功能, 等等。
- 在扫描前告知患者目的、程序、风险和利益。
- 称患者为示和造影剂剂量的计算。
- 要求患者在扫描前至少4小时禁食。
2. 在 PET/MRI 扫描前1-2 小时: 患者准备
- 请病人取出所有金属物品, 换上礼服。如果有任何植入的金属物体, 确保他们是安全的 MRI 扫描。根据需要使用金属探测器。如果有病人的安全问题, 不要执行 PET/MRI。
- 将静脉输液线放置在周围浅静脉内或进入导管。
- 稀释 ferumoxytol (5 毫克 Fe/千克体重) 1:4 在盐水中, 并慢慢地注入至少15分钟根据 FDA 协议10。
注: Ferumoxytol 可以使用 "关闭标签" 作为造影剂, 通过研究人员启动的工业, 因为它提供了长期持续的血管和组织增强的整个扫描。或者, 循环钆螯合物可以在 PET/MRI 扫描开始前直接进行。对于肝损害患者, 可选择 gadoxetate 钠。 - 用血糖检查病人的血糖水平。如果病人的血糖水平高于200毫克/dL, 考虑重新的 PET/MRI 扫描。
- 在 PET/MRI 扫描前45分钟, 管理 2-脱氧-2-(18f) 氟-d-葡萄糖 (18f), 在2毫升的剂量为 1 MBq/千克体重, 通过静脉线。
3. 宠物/MR 图像采集
注: 对于本协议, 我们使用了3.0 特斯拉 GE 信号集成 PET/MRI 系统捆绑 MP24_R03 扫描仪软件。
- 在扫描仪上保存全身扫描 (表 1) 和局部肿瘤扫描 (表 2) 的协议, 这样就可以轻松地检索这些程序, 而不会丢失大量的时间来搜索序列或调整协议。
- 对于淋巴瘤患者, 根据临床肿瘤学家的要求, 只规定全身扫描, 无论是从头到脚, 还是从头部延伸到大腿水平。对所有其他病人, 规定全身扫描从头到脚后, 一个单独的局部肿瘤扫描。
- 如果肿瘤已经适当地集中在一个全身 PET 板, 规定和运行的专用 MRI 序列在整个身体扫描, 以节省时间;例如, 可以用全身线圈扫描腹部肿瘤。
- 为了便于对放射科医生的 PET/MRI 数据进行检索和检查, 请将 "诊断" 图像保存在一个加入号码下。稍后 (参见步骤 4.3.5) 将源图像保存在 PACS 系统的第二个加入号码下。
- 在扫描过程中使用相同的本地化, 确保患者在扫描期间不会移动。这使得 co-registration 获得的 PET 和 MRI 数据后。
- 在每个 PET 板中规定必要的 MRI 序列。综合 pet/mri 系统, 然后允许同时获取 pet 数据和 mri 数据。
- 在进入扫描仪室前要求病人直接失效。
- 全身 PET/MRI 扫描
- 将病人放在 PET/MRI 表上仰卧位。如果患者不能仰卧, 则扫描头部仰卧和全身俯卧位。对于非常高的病人, 在第二步获得小腿。对于有骨或软组织肉瘤的患者, 一定要从关节到关节 (例如, 从髋关节到膝关节的整个股骨) 覆盖整个受影响的骨骼。
- 在病人周围关闭一条呼吸带。然后定位头部线圈和2-3 表面线圈的颈部, 胸部, 腹部, 骨盆和四肢的病人。
- 在三架飞机上获得全身本地化;轴向, 冠状和矢状 (表 1) 使用一般的本地化协议。根据患者身高选择站数。扫描方向可以是从头到脚或脚朝向头部。
- 在开始全身扫描之前, 规定整个协议。简化这个过程并使用 pre-saved 的协议, 这样孩子们就不会失去耐心。
- 首先规定轴向 PET 板, 使用最大轴向视场 (视, 通常为25厘米) 和3分钟的数据采集。根据病人的大小, 4-5 块板将覆盖头部到大腿和9-10 板将覆盖整个身体。
- 在扫描仪软件中, 为 pet 数据启用两个单独的重建: 一个 non-attenuation 校正 (NAC) pet 和一个 MRI 衰减校正 (MAC) pet。使用矩阵大小 192 x 192。使用28子集和2迭代。PET/mri 软件允许对病人, 病人摇篮和专用 mri 线圈的衰减矫正会计, 使用下面的3.7.7 描述的序列。
- 用体积采集 (熔岩) sequencefor 衰减校正 (MRAC) 和更高分辨率的熔岩序列来填充每个 pet 板, 以获得18F-葡萄糖 PET 数据的解剖 co-registration。可以将扩散加权图像 (DWI) 添加为适当的 (表 1)。
- 在任务菜单中, 选择宠物任务, 单击添加任务, 单击添加后处理, 选择MRAC Autobind (用户) , 然后单击设置, 这将带来额外的菜单。为 PET 板选择所有连续的水 MRAC, 然后单击接受。这将使软件自动合并 MRAC。
- 应用类似的步骤合并 DWI。在这种情况下, 选择第一个 PET 板, 并点击 DWI 序列。然后单击添加任务, 并按照3.7.8 中的相同附加步骤进行操作。
- 添加专用 T2-sequence, 用于评估肺部和/或纵隔 (表 1)。
- 局部 PET/MRI 扫描
- 安置一个适当的线圈在主要肿瘤。对于四肢肿瘤, 可以使用 flex 线圈。
4. 图像数据处理
注: 要获得合并的全身 PET/MRI 扫描, 以下四步骤必须完成: 1) 重建 pet 图像数据, 2) 将单个 mri 数据合并到单个图像量, 3) co-register pet 到 mri 数据, 4) 生成 pet 全身最大强度投影 (MIP)。扫描仪软件大大简化了这些步骤。
- 单个 MRI 数据的合并
- 选择特定序列的所有单独的 MRI 数据集,例如,熔岩1到 9, 然后按 Autobind按钮。然后, 该软件构建一个合并的 MRI 数据集。保存合并的 MRI 数据集。软件自动命名数据集并将其添加到系列列表中。
- PET 和 MRI 数据的联合登记
- 要 co-register 合并的 MAC PET 数据和合并的熔岩数据, 请选择需要 co-registered 的每个数据集, 然后按ImageQC按钮。然后, 该软件在六独立的窗口中显示了单个不注册的数据集和两个平面中的 co-registered 数据集。
- 正确选择 MRI 数据和窗口级别, 因为一旦 co-registered 扫描完成并保存后, 就无法对其进行调整。
- 同样选择 co-registered pet/MRI 数据集和窗口级的 pet 数据。还可以在保存前调整 co-registered 数据的不透明度、缩放和位置。
- 为 co-registered 数据集选择适当的切片方向,即、轴向或日冕。
- 最后, 保存调整后的 co-registered PET/MRI 数据集:
- 在 "胶片/保存" 菜单中选择批次。选择循环并滚动到最颅骨切片, 然后单击设置开始, 然后向下滚动到最尾部的切片, 然后单击设置结束。
- 在 "说明" 字段中, 选择适当的文件名。使用一致且易于识别的所有研究的文件名, 以便放射科医生和临床医师可以很容易地找到特定的数据集 (例如, PET-熔岩全身)。
- 单击预览, 并让扫描从头部到脚趾, 同时检查最终的结果是可接受的, 从融合的准确性和窗口水平。关闭预览, 然后选择确定开始呈现 PET/MRI 扫描。渲染过程可以遵循的观察图像索引跟踪栏。
- 按照同样的步骤, co-register 的 MAC PET 数据和专用的 T2 磁共振成像序列评估肺部。由于 PET 数据视扩展到 MRI 之外, 所以将扫描的开始和结束设置为仅包含 co-registered 部分。
注: 本地 PET/MRI 可以 co-registered 相同的步骤。
- 生成 PET 全身 MIP 概述
- 要生成 pet 的全身最大强度投影 (MIP), 请选择 MAC pet 和任何 MRI 数据集, 然后按ImageQC按钮。
- 双击只带有 PET 数据的窗口, 然后将光标悬停在左上角以选择 "查看类型", 然后选择VR。这将创建一个3D 的 PET 数据重建。再次, 将鼠标悬停在左上角以选择渲染模式, 然后选择HD mip , 最终创建 PET 全身 mip 概述。
- 要保存 MIP 概述, 请在胶片/保存菜单中选择批次, 然后选择旋转。将图像数调整到60。在 "说明" 字段中选择适当的文件名。单击预览并检查最终结果是否可以接受。关闭预览, 然后选择确定开始呈现 MIP 概述。在退出之前, 请确保呈现完成。
- 通过选择相应的系列并在 "目标" 菜单中单击所需的网络, 将诊断图像数据集发送到机构图片存档和通信系统 (PACS)。
- 要在不同的加入号码下保存源图像, 请单击编辑患者并更改加入号码。然后重复发送过程。
5. 图像分析和 SUV 测量
- 在 FDA 批准的医学成像查看器中加载 co-registered PET/MRI 数据以读取和分析扫描。商业 PET/MRI 观众允许测量的最大标准摄取值 (SUV) 在3D。
注意: 对于这个特定的协议, 我们使用 MIM 版本6.6。 - 从工具栏中选择计算 SUV 统计。将感兴趣的区域 (ROI) 放置在 co-registered PET/MRI 上的病理性18F-葡萄糖摄取的组织周围。通过按住鼠标右键并拖动, 可以扩大 ROI 直径。该软件将确定平均和最大 SUV 值。对于淋巴瘤患者, 测量肝和纵隔血池作为参考标准。按照机构特定的准则报告 SUV 测量。
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Representative Results
我们展示了一个完整的全身 (从头到脚) 数据集的 MRI, pet 和融合宠物/mr 图像分别, 分别为 10 year-old 男孩与状态后切除的无差别肉瘤的第十二肋骨, 谁提出与肺部和 心脏转移 (图 1)。此处显示的数据集是在40分钟内获得的。在这次考试中, 病人的有效剂量是 3.3 mSv11。
对于接受主肿瘤的专门扫描的患者, 除了全身从头的 PET/磁共振图像采集外, 联合扫描还可以在60-90 分钟内进行, 这取决于主肿瘤的位置和大小以及患者的长度。
图 1: 使用协议进行全身 PET/MRI 采集的结果.18F-葡萄糖 PET 和 ferumoxytol 增强 MRI 图像的肺和心脏转移的一个 10 year-old 男孩的状态 post-resection 未分化肉瘤的第十二肋。图像显示多代谢肺转移, 以及右心室流出道转移的心脏。全身冠状(A)熔岩 mri 数据, (B) mri 衰减校正 pet 数据, 和(C) co-registered pet 和合并熔岩 mri 数据。请单击此处查看此图的较大版本.
| 脉冲序列参数 | 本地化 | 冠状胸熔岩 | 轴向胸腔 T2-FSE 螺旋桨 | 轴向低分辨率熔岩 MRAC | 轴向熔岩 | 轴向 DWI |
| 购置时间 (分钟) | 1:45 | 0:16 | 5:48 | 0:18 | 0:16 | 1:47 |
| TE (毫秒) | 80 | 1。1 | 119 | 1.7, 3。4 | 1.7, 3。4 | 56 |
| TR (ms) | 1519 | 4。1 | 12500 | 4 | 4。2 | 7824 |
| 矩阵大小 | 288 x 192 | 320 x 224 | 384 x 384 | 256 x 256 | 320 x 224 | 80x128 |
| 切片厚度 (mm) | 10 | 3。4 | 4 | 5。2 | 3。4 | 8 |
| 视 (cm) | (全身或头部至大腿覆盖范围) | 46 | 48 | 50 | 48 | 40 |
| 翻转角度 (度) | - | 15 | 110 | 5 | 15 | 90 |
| B 值 (s/mm2) | - | - | - | - | - | 50, 600 |
表 1: 全身扫描的磁共振成像脉冲序列参数.mri 脉冲序列参数为每个获得全身 PET/mri 扫描。
| 脉冲序列参数 | 高分辨率熔岩 | T1 FSE 的理想 | T2 FSE (头和 #38; 颈部) | T2 FSE (腹部) | RT T2 FRFSE | T1 FSE (骨盆) | T2 FSE (骨盆) | T1 FSE (肢体) | T2 FSE (肢体) |
| 购置时间 (分钟) | 1:38 | 4:26 | 3:12 | 1:13 | 3:00-6:00 | 4:07 | 6:43 | 6:13 | 6:08 |
| TE (毫秒) | 1。3 | 9.8-39。3 | 116 | 102 | 102 | 9。1 | 102 | 7。8 | 116 |
| TR (ms) | 9。5 | 884 | 4000 | 2400 | 1100-1300 | 709 | 9823 | 709 | 4000 |
| 矩阵大小 | 160 x 256 | 384 x 192 | 320 x 224 | 320 x 224 | 384 x 256 | 448 x 256 | 384 x 320 | 416 x 320 | 320 x 224 |
| 切片厚度 (mm) | 3。4 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 | 3 |
| 视 (cm) | 21 | 20 | 20 | 38 | 38 | 30 | 30 | 28 | 28 |
| 翻转角度 (度) | 15 | 111 | 142 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 |
表 2: 局部肿瘤扫描的磁共振成像脉冲序列参数.原发性肿瘤扫描的 MRI 脉冲序列参数。请注意, 并非所有的序列都适用于每个肿瘤 (请参见表 3)。呼吸触发 (RT), 快速恢复快速旋转回声 (FRFSE)。
| 议定书 | 磁共振成像序列 |
| 头和 #38; 颈部肿瘤 | 全身扫描 + 高分辨率熔岩 + T1 fse 理想 + T2 fse (头和 #38; 颈部) |
| 腹部肿瘤 | 全身扫描 + 高分辨率熔岩 + T2 FSE (腹部) + RT T2 FRFSE |
| 盆腔肿瘤 | 全身扫描 + T1 fse (骨盆) + T2 fse (骨盆) |
| 四肢肿瘤 | 全身扫描 + T1 fse (下肢) + T2 fse (肢体) |
| 淋巴 | 仅全身扫描 |
表 3: 局部肿瘤扫描的磁共振成像序列.MRI 序列的主要肿瘤扫描取决于肿瘤的定位。
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Discussion
我们已经为儿科癌症患者的 PET/MRI 研究显示了一个 step-by 步骤的协议。该协议最关键的部分是时间规划和处方的 PET 板和 MRI 序列的正确参数和正确的连续顺序, 然后启动全身扫描。这可以使整个身体持续获得。有效的扫描是特别重要的儿科设置, 在那里下患者可以很容易失去耐心, 要么开始移动或中止考试, 如果它需要太长时间。因此, 重要的是要仔细选择扫描方向 (从头或 toe-to-head, 原发性肿瘤第一或全身第一, 取决于优先级)。显然, 简单的准备步骤, 如要求病人在进入扫描仪前直接失效, 会对图像质量产生重大影响。儿科肿瘤通常不能被扫描与 "一适合所有" 的方法, 并要求量身定做的 PET 和 MRI 扫描参数, 以评估原发性肿瘤。
我们的 PET/MRI 协议已经根据儿童的特殊需要量身定做, 同时兼顾图像采集的时序序列和特定的扫描参数4。我们的目标是设计一个协议, 将获得高质量的诊断图像, 同时保持扫描时间最短。
本议定书最初是为6岁以上的儿童开发的, 或年龄足以遵守呼吸控制的指示。该协议也适用于一般麻醉下的年轻病人, 也可以使用呼吸保持 MRI 序列的解剖方向或使用超快序列与自由呼吸采集模式。此外, 虽然表3提供了我们选择的 MRI 脉冲序列, 以评估原发性肿瘤, 这些可以很容易地修改或扩大, 以适应机构的偏好。
最后, 在这里介绍的协议显示了如何获得全身 PET/MRI 的儿科癌症分期可以实现。考虑到 pet/mri 在 pet/ct 上有几个优势, 包括明显减少辐射暴露, 更好的软组织对比度和平等或提高灵敏度的癌症分期, 似乎有可能取代一些儿科 pet/ct 研究的 pet/mri。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项工作得到了来自尤尼斯国家儿童健康和人类发展研究所的赠款, 赠款编号 R01 HD081123-01A1。Anuj Pareek 是丹麦奥胡斯大学医院放射学系的访问学者。作者承认技术专家黎明华立和苛刻的甘地从宠物/mri 代谢服务中心为他们的协助, 获取 pet/mri 扫描。我们感谢 Daldrup 连接实验室的成员、PET/MRI 服务中心、斯坦福大学的分子成像项目、放射科学实验室、儿科放射科、斯坦福癌症研究所和露西尔的儿科肿瘤学小组。儿童医院为这个项目提供有益的讨论和支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Integrated PET/MRI scanner | |||
| SIgna PET/MR | GE | 3.0 T integrated PET/MRI scanner | |
| Software | |||
| MP24_R03 | GE | PET/MRI scanner software | |
| MIM software version 6.6.13 | MIM Software Inc. | PET/MRI analysis software | |
| Contrast Agents | |||
| Ferumoxytol | AMAG Pharmaceuticals | Iron Oxide nanoparticles | |
| 18F-FDG | - | 2-Deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose | |
| MRI coils available on the scanner | |||
| Nova 32 Channel Head coil | Nova | ||
| Neocoil 1H 16 channel GEM Flex Large Array | GE | M7000SK | |
| Neocoil 1H 16 channel GEM Flex Medium Array | GE | M7000SL | |
| Neocoil 1H 16 channel GEM Flex Small Array | GE | M7000SM | |
| Everest Central Molecular Imaging Array (CMA) | GE | M8000RB | |
| Everest Head Neck Unit | GE | M8000CB | |
| Everest Lower and Upper Anterior Array | GE | M8000CC & M8000CA | |
| Invivo 1H 8 channel High Res Brain Array | GE | M8000RA | |
| 3.0T HD Breast Array Coil | GE | M7000GG | |
| 3.0T Split-Top Head TR Single Ch Coil | GE | G6000BH |
References
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