Establishing the Validity of Brain Tumor Perfusion Imaging

建立脑肿瘤灌注成像的有效性

基本信息

项目摘要

ABSTRACT The principal goal of this competitive renewal is to establish clinical brain tumor perfusion imaging protocols strategically designed for high accuracy, physiologic sensitivity and clinical applicability. Dynamic susceptibility contrast (DSC) MRI is one of the most widely used advanced imaging techniques in neuro-oncology, with a reported use of 85% in all routine brain tumor scans at sites across the US and Europe. During the previous funding cycle, the singular aim of the project was to identify the most accurate DSC-MRI acquisition protocol(s) by developing, validating and applying a population-based digital reference object (DRO) and then verifying these protocols in patients with brain tumors. The most significant finding of this effort was the identification and clinical validation of an accurate single contrast agent dose and single-echo DSC-MRI protocol, which has now been adopted as the consensus recommendation by the brain tumor imaging community. Another key result of this project was the validation, using the DRO and a prospective patient study, of a single-dose, dual-echo DSC- MRI sequence, an approach that enables simultaneous assessment of DSC and dynamic contrast enhanced (DCE)-MRI data, as the protocol with highest accuracy, even across variable pulse sequence parameters and tissue properties. Building on the success of this prior work, we now aim to overcome two obstacles that still limit DSC-MRI’s clinical utility, accuracy, and multi-site consistency: i) a reliance on echo planar imaging (EPI) based pulse sequences that undermine the geometric fidelity, reliable colocalization of perfusion and anatomic images and accuracy of derived DCE-MRI data, and ii) lack of validation of, and a benchmark for, brain tumor DSC/DCE- MRI post-processing algorithms and software, for both single- and dual-echo acquisitions. These limitations represent critical and clinically relevant challenges that urgently need to be addressed. To address these issues, we propose to: 1) establish an anthropomorphic benchmark for validating brain tumor DSC DCE-MRI analysis tools and 2) develop a three-dimensional, dual-echo pulse sequence for simultaneous DSC/DCE MRI. In this project we will provide the neuro-oncology community with validated image acquisition and analysis methods for accurate, physiologic sensitive and clinically applicable DSC/DCE-MRI mapping methods in brain tumor patients. We will provide the first DSC/DCE-MRI anthropomorphic benchmark that can be used to validate existing and future algorithms and software, thereby improving multi-site and clinical trial consistency. Ultimately, validated DSC-MRI techniques will improve its reliability and relevancy across a range of clinical scenarios, including tumor localization, therapy response assessment, surgical and biopsy guidance, and multi-site clinical trials of conventional and targeted brain tumor therapies.
抽象的 此次竞争性更新的主要目标是建立临床脑肿瘤灌注成像协议 经过精心设计,具有高精度、生理敏感性和动态敏感性。 对比 (DSC) MRI 是神经肿瘤学中使用最广泛的先进成像技术之一,具有 据报道,在过去的一段时间里,美国和欧洲的所有常规脑肿瘤扫描中都使用了 85%。 资金周期,该项目的唯一目标是确定最准确的 DSC-MRI 采集协议 通过开发、验证和应用基于人群的数字参考对象 (DRO),然后验证 这项工作最重要的发现是识别和治疗脑肿瘤患者。 准确的单一造影剂剂量和单回波 DSC-MRI 协议的临床验证,现已 被脑肿瘤影像学界采纳为推荐共识的又一关键成果。 该项目是使用 DRO 和前瞻性患者研究对单剂量、双回波 DSC 进行验证 MRI 序列,一种能够同时评估 DSC 和动态对比度增强的方法 (DCE)-MRI 数据,作为具有最高准确度的协议,即使跨可变脉冲序列参数和 基于先前工作的成功,我们现在的目标是克服仍然限制的两个障碍。 DSC-MRI 的临床实用性、准确性和多部位一致性:i) 基于回波平面成像 (EPI) 的依赖 破坏灌注和解剖图像的几何保真度、可靠共定位的脉冲序列 和衍生 DCE-MRI 数据的准确性,以及 ii) 缺乏脑肿瘤 DSC/DCE 的验证和基准- 用于单回波和双回波采集的 MRI 后处理算法和软件 这些限制。 代表了迫切需要解决的关键和临床相关的挑战。 我们建议:1)建立一个拟人化基准来验证脑肿瘤 DSC DCE-MRI 分析 工具和 2) 开发用于同步 DSC/DCE MRI 的三维双回波脉冲序列。 项目中,我们将为神经肿瘤学界提供经过验证的图像采集和分析方法 脑肿瘤患者准确、生理敏感且临床适用的 DSC/DCE-MRI 绘图方法。 我们将提供第一个 DSC/DCE-MRI 拟人化基准,可用于验证现有和 未来的算法和软件,从而提高多站点和临床试验的一致性,最终得到验证。 DSC-MRI 技术将提高其在一系列临床场景(包括肿瘤)中的可靠性和相关性 定位、治疗反应评估、手术和活检指导以及多中心临床试验 常规和靶向脑肿瘤治疗。

项目成果

期刊论文数量(4)
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Optimization of Acquisition and Analysis Methods for Clinical Dynamic Susceptibility Contrast MRI Using a Population-Based Digital Reference Object.
使用基于人群的数字参考对象优化临床动态磁敏对比 MRI 的采集和分析方法。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Semmineh, N B;Bell, L C;Stokes, A M;Hu, L S;Boxerman, J L;Quarles, C C
  • 通讯作者:
    Quarles, C C
Imaging vascular and hemodynamic features of the brain using dynamic susceptibility contrast and dynamic contrast enhanced MRI.
使用动态磁化率对比和动态对比增强 MRI 对大脑的血管和血流动力学特征进行成像。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Quarles, C Chad;Bell, Laura C;Stokes, Ashley M
  • 通讯作者:
    Stokes, Ashley M
Systematic assessment of multi-echo dynamic susceptibility contrast MRI using a digital reference object.
使用数字参考对象对多回波动态磁化率对比 MRI 进行系统评估。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Stokes, Ashley M;Semmineh, Natenael B;Nespodzany, Ashley;Bell, Laura C;Quarles, C Chad
  • 通讯作者:
    Quarles, C Chad
Evaluation of single bolus, dual-echo dynamic susceptibility contrast MRI protocols in brain tumor patients.
脑肿瘤患者单次推注、双回波动态磁化率对比 MRI 方案的评估。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Stokes, Ashley M;Bergamino, Maurizio;Alhilali, Lea;Hu, Leland S;Karis, John P;Baxter, Leslie C;Bell, Laura C;Quarles, C Chad
  • 通讯作者:
    Quarles, C Chad
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