Präklinische Machbarkeitsstudie der Perkutanen Laser Diskus Dekompression (PLDD) im offenen Hochfeld MRT bei 1,0 Tesla: Evaluation der MR-Thermometrie in vitro

Abstract

Die Perkutane Laser Diskus Dekompression (PLDD) kommt, als minimal-invasive Therapie für Bandscheibenvorfälle, in der klinischen Praxis vermehrt zum Einsatz. Neue offene Hochfeld-MRT-Systeme ermöglichen heute eine hohe Bildqualität, schnelle Sequenzen und die Option, Interventionen unter MRT- Kontrolle durchzuführen. Material und Methoden: In dieser Arbeit wurde in präklinischen Versuchen, die Durchführbarkeit der PLDD im offenen Hochfeld MRT und die MR-Thermometrie an der Bandscheibe in vitro untersucht und optimiert. Zunächst wurde die MR-Tauglichkeit des Lasers, der Punktionsnadeln und verschiedener MR-fluoroskopischer Sequenzen an 10 Schweinewirbelsäulen gezeigt. Anschließend wurden GRE Sequenzen mit unterschiedlichen TE-Zeiten, mit Hinblick auf die PRF-Thermometrie, an 30 Humankadaverbandscheiben (L1-S1) untersucht. Eine Korrelation der MR-thermometrisch kalkulierten und der tatsächlich gemessenen Temperaturen diente zur Beurteilung der jeweiligen Sequenzen. Ergebnisse: Temperaturkorrelationskoeffizienten: 0,946 (TE 7 ms) vergl. 0,859 (TE = 2 ms) und 0,792 (TE = 10ms mit ES); CNRDiskus/Endplatte/CNRDiskus/Spinalnerv/CNRDiskus/Muskel/CNRDiskus/Nadel: 14,3 ± 12,0 (n=10)/10,8 ± 7,5 (n=8)/16,3 ± 11,8 (n=10)/25,5 ± 12,7 (n=10) für die GRE mit TE = 7ms im Vergleich zu 11,6 ± 11,4 (n=10)/13,1 ± 12,8 (n=10)/22,7 ± 14,7 (n=10)/21,5 ± 17,4 (n=10) für die GRE mit TE = 2ms und 6,8 ± 4,6 (n=10)/n=0 /17,5 ± 7,3 (n=10)/20,6 ± 8,9 (n=10) für die GRE mit TE = 10ms mit ES. Korrelation der MR-Läsionen mit den makroskopischen Befunden: R2 = 0,63 (TE =7 ms); R2 = 0,76 (TE = 2ms) und R2 = 0,48 (TE = 10 ms mit ES). Im statistischen Vergleich korrelierten jene Temperaturverläufe, welche anhand der GRE mit TE = 7ms berechnet wurden, signifikant (p < 0,05) besser mit der tatsächlichen Temperatur, als die GRE mit ES und TE = 10 ms (p = 0,001). Eine statistisch relevante Überlegenheit gegenüber der GRE mit TE = 2ms konnte nicht belegt werden (p = 0,064). Die Auswertung ergab, dass die eine ungespoilte GRE Sequenz mit einer TE von 7ms (3D GRE TR/TE/FA 10/7/27°, 15 Schichten, Scandauer 13,1s pro Bild) im Vergleich zu den anderen evaluierten Sequenzen (3D GRE TR/TE/FA 4,2/2/27°, 15 Schichten, Scandauer 13,2 s; 3D GRE mit ES TR/TE/FA 6,8/10/35°, 15 Schichten, Scandauer 12,5 s), die beste Korrelation zwischen gemessener und kalkulierter Temperatur erzielte und den besten Kompromiss zwischen einer möglichst genauen PRF-Thermometrie und einer möglichst hohen Qualität der Magnitudenbilder darstellte. Diskussion: Die PRF- Thermometrie wird heute in der klinischen Praxis bereits für die Kontrolle hyperthermer Therapien an Prostata und Uterus eingesetzt. Eine PRF- Thermometrie an der Bandscheibe wurde bis dato nicht evaluiert. Mit dieser Arbeit konnte erfolgreich die Grundlage für eine klinische Etablierung der PLDD im offenen Hochfeld MRT unter MR-thermometrischer Kontrolle geschaffen werden. Die beste Sequenz hierfür war, unter den Vorraussetzungen des offenen Hochfeld MRT mit vertikalem Magnetfeld, eine ungespoile GRE Sequenz mit einer TE-Zeit von 7 ms und einem Flipwinkel von 27°.

Percutaneous Laser Disc Decompression (PLDD) is becoming increasingly popular in the treatment of vertebral disc protrusions. New open high-field systems permit high image quality, fast sequences and the option to perform interventions under MR-guidance. Materials and methods: With this study the feasibility of PLDD under MR-thermometry in an open high-field MRI was investigated in preclinical experiments in vitro. First, the MR-compatibility of the Laser, the puncture needles and various fluoroscopic sequences was demonstrated on 10 porcine lumbar spines. Hereafter, GRE sequences with varying TE-times were evaluated with respect to PRF-thermometry on 30 human cadaveric lumbar discs (L1-S1). Correlation and regression analysis of MR- thermometrically calculated and the actually measured temperatures were performed to assess each investigated sequence. Results: Temperature correlation coefficients: 0.946 (TE 7 ms) compared to 0.859 (TE = 2 ms) and 0,792 (TE = 10ms and ES); CNRDiskus/Endplatte/CNRDiskus/Spinalnerv/CNRDiskus/Muskel/CNRDiskus/Nadel: 14.3 ± 12.0 (n=10)/10.8 ± 7.5 (n=8)/16.3 ± 11.8 (n=10)/25.5 ± 12.7 (n=10) for GRE sequence with TE = 7ms compared to 11.6 ± 11.4 (n=10)/13.1 ± 12,8 (n=10)/22.7 ± 14,7 (n=10)/21.5 ± 17.4 (n=10) for GRE sequence with TE = 2ms and 6.8 ± 4.6 (n=10)/n=0 /17.5 ± 7.3 (n=10)/20.6 ± 8.9 (n=10) for GRE sequence with TE = 10ms and ES. Correlation of MR-lesions with macroscopic findings upon regression analysis: R2 = 0.63 (TE =7 ms); R2 = 0.76 (TE = 2ms) und R2 = 0.48 (TE = 10 ms and ES). Upon statistical comparison with temperature data from the GRE with TE = 10ms and ES, those temperature curves calculated from the GRE sequence with TE = 7ms were more precise (p = 0.001). A statistically relevant (p < 0.05) superiority of the GRE with TE = 7ms compared to the GRE with TE = 2ms could not be shown (p = 0.064). In summary, the unspoiled GRE with TE = 7ms (3D GRE TR/TE/FA 10/7/27°, 15 slices, scan duration 13,1s per image) was shown to have the best temperature correlation with actually measured temperatures and proved to best he best compromise between precise PRF-thermometry and high image quality of magnitude images compared to the other two investigated GRE sequences (3D GRE TR/TE/FA 4,2/2/27°, 15 slices, scan duration 13,2 s and 3D GRE and ES TR/TE/FA 6,8/10/35°, 15 slices, scan duration 12,5 s). Discussion: PRF-thermometry is in clinical use today for hyperthermal treatment of the prostate and the uterus. To date, PRF- thermometry to monitor interventions in the intervertebral disc has not been investigated. With this study, the basis for clinical application and implementation of MR-thermometrically monitored PLDD in the open high-field MRI was provided. An unspoiled GRE sequence with TE = 7ms and a flip angle of 27° was deemed to be the best fit for this purpose.