Resonancia Magnética en Oncología. Vicente Belloch

RM EN ONCOLOGÍA
VICENTE BELLOCH
ERESA
RM BIOMARCADOR DE IMAGEN -1
• Alta resolución en partes blandas, múltiples
tipos de contraste que permiten una
definición más precisa de volumen y límites
debido a:
– Mejor resolución espacial posible
– Datos “multiespectrales” que permiten segmentar
la lesión desde distintas perspectivas (T1, T2,
T1+Gd)
– Nanopartícula de gadolinio: Gadonanotubo ó
Gadodex®
RM BIOMARCADOR DE IMAGEN -2
• Aporta información funcional
“multiespectral”:
– RM Dinámica (DCE-MRI). Volumen, flujo,
permeabilidad vascular
– RM Difusión: Densidad/Volumen celular
– RM R2* (“BOLD”): Oxigenación tisular
– RM Espectroscopía: Información bioquímica
RM DINAMICA
(DCE-MRI)
• Técnica de RM que, tras la
administración en bolus IV
de contraste, monitoriza de
manera continua su
captación por un órgano o
tejido:
– Bajo peso molecular (<1 kDa)
– Difunde al espacio
extravascular-extracelular (no
cruza membranas celulares)
– Duración: 5-10 minutos
DCE-MRI
ANÁLISIS DE LA CAPTACIÓN
 Cualitativo – Basada en la forma de la curva de
captación
 Semi-cuantitativo (Heurístico) – Índices
paramétricos que describen una ó más partes de la
curva de captación
 Cuantitativo (Modelo Farmacocinético de
Permeabilidad) - Índices paramétricos que a partir
de los valores de la curva de captación estiman la
variación de la concentración de contraste
ANÁLISIS CUALITATIVO:
T2*W DCE-MRI Tumor Cerebral
2
VACÍO
1
3
1-2 mins
VACÍO
PRIMER PASO
EQUILIBRIO
--Diagram explaining calculation of relative cerebral blood volume, cerebral blood flow, and mean
transit time using dynamic contrast-enhanced T2-weighted technique
Petrella, J. R. et al. Am. J. Roentgenol. 2000;175:207-219
Copyright © 2007 by the American Roentgen Ray Society
Índices Paramétricos T2* DCE MRI
– Cerebral blood volume (CBV) indica la cantidad de sangre en un
volumen de tejido. Es el de mayor utilidad en valoración de
tumores.
– Cerebral blood flow (CBF) indica la cantidad de sangre que pasa
por un volumen de tejido en un tiempo determinado.
– Mean transit time (MTT) indica el tiempo que tarda la sangre en
atravesar el voxel.
– Se ha demostrado correlación entre el valor de rCBV y estudios
angiográficos de densidad vascular e histológicos de
neovascularización.
Se añade una “r” previa para indicar “relativo” (o
en ocasiones “regional”) y “max” al final para
indicar que utilizamos el valor máximo en el ROI.
Aplicaciones clínicas T2* DCE MRI
• Técnica utilizada en la práctica clínica de la
patología tumoral e isquémica encefálica.
• Indicaciones:
– Evaluar el tipo de tumor y diferenciar
neoplasias de otras lesiones tumorales.
– Predecir el grado tumoral en gliomas y guiar
biopsias.
– Seguimiento de tumores (progresión,
recidiva vs cambios post-radioterapia y
respuesta a tratamientos
antineoangiogénicos o RT).
Glioblastoma multiforme
Grado IV
Astrocitoma fibrilar
Grado II
¿RECIDIVA?
PERFUSIÓN (rCBV): Recidiva en borde posterior de la
cavidad.
¿RECIDIVA?
PET metionina, Cirugía: Recidiva en borde posterior de la cavidad.
¿RECIDIVA ó RADIONECROSIS?
rCBV: marcada disminución de los valores de rCBV, muy sugestivo de
radionecrosis.
¿RECIDIVA ó RADIONECROSIS?
rCBV: Recidiva en zona medial de la cavidad (flecha). Resto de las
zonas: necrosis.
CONTROL POST-CIRUGÍA
Pequeña zona de aumento del rCBV (flecha roja), dudoso resto .
Limitaciones T2* DCE MRI
• Baja resolución espacial.
• Valor rCBV cualitativo (NO alteraciones globales).
• Alta susceptibilidad a artefactos por heterogeneidad del
campo (zonas de transición cerebro-hueso-aire,
sangrado, calcio, metales o melanina).
• Posible error (infraestimación) en lesiones con alteración
severa o ausencia de BHE (como glioblastoma
multiforme o meningioma p.e.).
• Puede haber solapamiento de valores entre grados
tumorales y valores “atípicos” de algunos tumores.
• Los altos valores normales de vasos y sustancia gris
dificultan en ocasiones la correcta valoración.
ANÁLISIS SEMICUANTITATIVO
ÍNDICES PARAMÉTRICOS
MODELO SEMICUANTITATIVO
• Tiempo inicial de captación: Desde inyección hasta primer
aumento de IS.
• Pendiente inicial y pendiente media de subida de las curvas
de captación.
• Intensidad máxima de señal.
• Tiempo hasta el pico máximo de la señal ó hasta el 90% del
máximo.
• Pendiente de bajada de la curva de captación.
• Área inicial bajo la curva: Integral de área (cantidad de
contraste captado).
• Velocidad de captación: cambio en las variaciones de IS
respecto de la imagen anterior
T1 DCE MRI SEMICUANTITATIVO:
MAMA
ANÁLISIS FARMACOCINÉTICO DE PERMEABILIDAD
QUÉ POTENCIACIÓN USAR EN
MODELO DE PERMEABILIDAD¿T1 ó T2?
T2
T1
T2: Mayor linealidad en la relación IS/Concentración de contraste
T1: Menor error en estimación de concentración en espacio extravascular extracelular
POTENCIACIÓN MÁS UTILIZADA: T1
Modelo Farmacocinético con
datos T1W DCE-MRI
• Coeficiente de transferencia entre plasma y
espacio extravascular extracelular (EES) (Ktrans)
• Fracción de volumen en EES (ve)
• Coeficiente de transferencia entre EES y plasma
(kep)
K
kep =
ve
trans
Ktrans
Modified from Tofts
1995
Patrones de captación en T1W DCE-MRI y
correlato histológico
Tipo I
(semi-necrótico +
cambios reactivos)
kep = 0.5
Tipo II
(tumor viable)
kep = 3.4
Type III
(frente con elevada
proliferación tumoral)
kep= 8.9
(Taylor and Reddick, Adv Drug Del Rev, 2000)
CA de Próstata. Gleason 5. PSA 6. Braquiterapia
Restos Prostáticos vs Recidiva Tumoral
GBM TÁLAMO DERECHO IRRESECABLE.
Rt+ANTIANGIOGÉNICOS
10 MARZO 2010
26 JULIO 2010
ESTUDIO DE PERMEABILIDAD
10 MARZO 2010
26 JULIO 2010
Análisis Cuantitativo
Modelo Permeabilidad
• Ventajas
– Analiza Toda la curva
– Parámetros Biológicamente Relevantes
– Independiente de Intensidad de Campo, fabricante
• Desventajas
–
–
–
–
Adquisición y análisis de datos más complejo
Escaso software de análisis comercial
Modelos pueden no ajustarse a los datos observados
Estandarización no establecida
IMAGEN DE LA HIPOXIA
• Hipoxia Tumoral: Área tumoral cuya pO2< 10 mm Hg
• Reto para la curación:
– Lidera la resistencia del tumor al tratamiento
– Potencia la progresión tumoral
• Objetivo : Seleccionar pacientes tributarios de terapia
anti-hipóxica
• Técnicas:
– PET: [ 18 F] fluoromisonidazol, [18F] arabinósido
fluoroazomycin, cobre-diacetil-bis (N4-metiltiosemicarbazono)
– RM: Imagen BOLD ó potenciada en susceptibilidad
intrínseca
BASES FÍSICAS BOLD
• Deoxihemoglobina = Paramagnético
• Paramagnético = tasa de relajación
transversa de RM (R2* = 1/T2*) en plasma y
tejidos circundantes
• BOLD mide PO2 en vasos, y tejidos vecinos
(O2 disuelto se difunde libremente)
FACTORES DETERMINANTES SEÑAL BOLD
• Perfusión Tisular
• Volumen y niveles de oxigenación de hematíes
• Componentes tisulares estáticos:
– Colágeno
– Hierro
– Calcio
– Interfase con aire
ANÁLISIS CUANTITATIVO R2*
• Investigación: Respirar con diferentes niveles
de oxigenación (carbógeno)
• Clínico: R2* respirando aire en estado basal. A
igual perfusión, si un área tiene valores más
rápidos de R2*, es más hipóxico
T2*
Ktrans
GBM TÁLAMO DERECHO IRRESECABLE.
Rt+ANTIANGIOGÉNICOS
10 MARZO 2010
26 JULIO 2010
10 MARZO 2010
26 JULIO 2010
García Figueiras et al. The Role of Functional Imaging in Colorectal Cancer AJR 2010;
195:54–66
RM DIFUSIÓN
Hagmann P et al. Radiographics 2006;26:S205-S223
©2006 by Radiological Society of North America
DIFUSION RESTRINGIDA EN ENTORNO
HIPERCELULAR: ADC 
Koh, D.-M. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:1622-1635
Copyright © 2007 by the American Roentgen Ray Society
DIFUSION EN ENTORNO HIPOCELULAR: ADC 
Koh, D.-M. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:1622-1635
Copyright © 2007 by the American Roentgen Ray Society
MRI of three patients with glioblastoma multiforme.
Hamstra D A et al. PNAS 2005;102:16759-16764
©2005 by National Academy of Sciences
A–C, Another functional DM of two metastases in patient 4 defined on the ADC images at a
single level through the bone metastases at, A, 1 month, B, 2 months, and, C, 3 months after
therapy with respect to the pretreatment values.
Reischauer C et al. Radiology doi:10.1148/radiol.10092469
©2010 by Radiological Society of North America
The multiparametric imaging paradigm.
Padhani A R , Miles K A Radiology 2010;256:348-364
©2010 by Radiological Society of North America
Carcinogenesis: hallmarks and metabolic reprogramming.
Padhani A R , Miles K A Radiology 2010;256:348-364
©2010 by Radiological Society of North America
Relationships between Degree of Tumor Hypoxia,
Perfusion, and Glucose Metabolism and Their Putative
Biologic Significance at the Whole-Tumor Level
Padhani A R , Miles K A Radiology 2010;256:348-364
Tratamiento con Anticuerpos
mediados por Células Madre
Frank, Najbauer, Aboody STEM CELLS 2010;28:2084–2087
Thu et al. (2009) Iron Labeling and Pre-Clinical MRI Visualization of Therapeutic Human Neural Stem Cells in a Murine Glioma
Model. PLoS ONE 4(9)
MARCAJE CELULAR “CELL TRACKING”
MARCAJE CELULAR “CELL TRACKING”
Daldrup-Link et al. Clin Cancer Res; 17(17) September 1, 2011
Daldrup-Link et al. Clin Cancer Res; 17(17) September 1, 2011
MARCAJE CELULAR “CELL TRACKING”
MACRÓFAGOS Y CÉLULAS MADRE
• Respuesta inflamatoria al rechazo de células
madre va ligada a los macrófagos
• Detección de macrófagos en implante
indicador precoz de fracaso del implante
• Otra aplicación de marcaje con partículas
RM EN ONCOLOGÍA
VICENTE BELLOCH
ERESA