Comparaison entre l'imagerie IRM et CT utilisée pour corriger le crâne

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13407 (2022) Citer cet article

1764 Accès

2 citations

4 Altmétrique

Détails des métriques

L'échographie transcrânienne focalisée avec le système InSightec Exablate utilise l'ablation thermique pour le traitement des troubles du mouvement et de l'humeur et la perturbation de la barrière hémato-encéphalique pour le traitement des tumeurs. Le système utilise des images de tomodensitométrie (CT) pour calculer les corrections de phase qui tiennent compte des aberrations provoquées par le crâne humain. Ce travail examine si les images par résonance magnétique (RM) peuvent être utilisées comme alternative aux images CT pour calculer les corrections de phase. Les corrections de phase ont été calculées à l’aide de la méthode d’hydrophone de référence et de la méthode de traçage de rayons InSightec standard. Un masque d'image binaire MR, des images CT simulées par MR (MRsimCT) et CT de trois crânes humains ex vivo ont été fournies comme entrées dans la méthode de traçage de rayons InSightec. Les crânes humains dégazés ex vivo ont été soniqués avec un transducteur hémisphérique à réseau de phases de 670 kHz (InSightec Exablate 4000). Des scans raster 3D des profils de faisceaux ont été acquis à l'aide d'un hydrophone monté sur un système de positionnement à 3 axes. Les points focaux ont été évalués à l'aide de six mesures : pression au niveau de la cible, pression maximale, intensité au niveau de la cible, intensité maximale, erreur de positionnement et volume du point focal. Des cibles au foyer géométrique et à 5 mm latéralement au foyer géométrique ont été étudiées. Il n'y avait aucune différence statistique entre les mesures sur l'une ou l'autre cible en utilisant MRsimCT ou CT pour la correction de l'aberration de phase. Contrairement au MRsimCT, l'utilisation d'images CT pour la correction des aberrations nécessite un enregistrement sur les images IRM du jour du traitement ; Il a été démontré qu'un mauvais repérage du scanner dans une plage de ± 2 degrés d'erreur de rotation dans trois dimensions réduisait l'intensité du point focal jusqu'à 9,4 %. Les images MRsimCT utilisées pour la correction des aberrations de phase du crâne produisent des résultats similaires à ceux de la correction basée sur la tomodensitométrie, tout en évitant à la fois les erreurs d'enregistrement tomodensitométrique vers IRM et l'exposition inutile du patient aux rayonnements ionisants.

L'échographie transcrânienne focalisée (FUS) est une modalité thérapeutique sans incision qui a des applications humaines pour l'ablation thermique1,2,3,4 comme alternative à la chirurgie cérébrale ouverte, à la neuromodulation5,6,7 pour sonder les circuits du cerveau et à l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique8. ,9,10,11 pour améliorer l'administration ciblée de médicaments dans le cerveau. Dans ces applications, les ultrasons sont transmis à travers le crâne intact et concentrés profondément dans le tissu cérébral pour induire des effets thermiques ou biomécaniques. Ces effets peuvent être soit transitoires, soit irréversibles selon les paramètres utilisés lors du traitement.

La focalisation des ultrasons à travers le crâne intact est difficile car le crâne défocalise le faisceau ultrasonore et éloigne le point focal de la cible. La correction des effets du crâne est très complexe en raison de l'hétérogénéité du crâne au sein et entre les patients, variant souvent en épaisseur, forme, taille et composition osseuse. Les différences entre les crânes se traduisent par une large gamme d’efficacités transcrâniennes d’échographie chez les patients, de telle sorte que la même puissance appliquée peut conduire à une augmentation de température quadruple au niveau du point focal12.

De nombreuses méthodes ont été proposées pour tenir compte des effets aberrants du crâne afin de recentrer le point focal. Ces méthodes incluent le traçage de rayons13,14,15, le domaine temporel à différences finies (FDTD)14,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26, le domaine temporel pseudo-spectral (PSTD)27. ,28,29,30,31 et spectre angulaire hybride (HAS)12,32,33,34,35,36,37. Bien que ces méthodes soient différentes en théorie et en mise en œuvre, elles présentent une similitude : elles nécessitent une modélisation informatique du crâne pour estimer et corriger ses effets aberrants. Pour les traitements d'ablation cliniques, des images de tomodensitométrie (CT) sont utilisées pour créer ces modèles informatiques de crâne. Cependant, l’utilisation de la tomodensitométrie présente plusieurs inconvénients. Premièrement, les images tomodensitométriques préopératoires doivent être enregistrées sur des images par résonance magnétique (RM) peropératoires, conduisant ainsi potentiellement à des erreurs d'enregistrement. Des erreurs d'alignement pourraient compromettre les corrections de phase et conduire à une dégradation des performances de formation de faisceau. Deuxièmement, la tomodensitométrie expose les patients à des rayonnements ionisants, ce qui est indésirable, par exemple, dans les populations pédiatriques. Son utilisation avec la neuromodulation n'est pas non plus souhaitable, car les volontaires peuvent être découragés de participer aux expériences nécessaires pour traduire la technologie à l'usage humain. Troisièmement, l’utilisation d’images CT augmente la surcharge du flux de traitement, nécessitant des séances d’imagerie distinctes pour acquérir toutes les images préopératoires.