Studio comparativo di algoritmi di ricostruzione per mappe di necrosi volumetrica da multi 2D

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11509 (2022) Citare questo articolo

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Il cancro è una malattia che richiede una notevole quantità di attente cure mediche. Per le procedure di ablazione termica minimamente invasive, il monitoraggio della distribuzione del calore rappresenta una delle sfide più grandi. In questo lavoro, vengono presentati tre approcci per la ricostruzione volumetrica della mappa termica (triangolazione di Delauney, ellissoidi di volume minimo che racchiude (MVEE) e spline) basati su immagini di fase MRI 2D uniformemente distribuite ruotate attorno all'asse principale dell'applicatore. Li confrontiamo con il nostro precedente metodo di interpolazione della temperatura per quanto riguarda precisione, robustezza e adattabilità. Tutti gli approcci vengono valutati durante il trattamento MWA sugli stessi set di dati costituiti da 13 fantasmi di bioproteine ​​ex vivo, inclusi sei fantasmi con effetti di dissipatore di calore simulati. Per quanto riguarda l'accuratezza, i risultati di similarità DSC mostrano una forte tendenza verso il metodo MVEE (\(0.80\pm 0.03\)) e il metodo splines (\(0.77\pm 0.04\)) rispetto alla triangolazione di Delauney (\(0.75\pm 0.02 \)) o l'interpolazione della temperatura (\(0,73\pm 0,07\)). La robustezza è aumentata per tutti e tre gli approcci e l'adattabilità mostra una tendenza significativa verso il metodo di interpolazione iniziale e le spline. Per superare le disomogeneità locali nei dati acquisiti, in futuro si dovrebbe prendere in considerazione l’uso di simulazioni adattive. Inoltre, per verificare l'applicabilità clinica si dovrebbe prendere in considerazione il trasferimento agli esperimenti sugli animali in vivo.

Dal 2018 al 2020, l’incidenza e i decessi causati dal cancro sono aumentati rispettivamente del 6,47% e del 4,21%1,2. Gli approcci minimamente invasivi sono considerati più sicuri della chirurgia a cielo aperto. Inoltre, la chirurgia a cielo aperto non è sempre applicabile a causa di comorbidità, diffusione di lesioni tumorali o limitazioni anatomiche. Un’alternativa crescente è l’uso di approcci minimamente invasivi. Insieme ad altre, l'ablazione a microonde (MWA) è una tecnica promettente per il trattamento delle lesioni epatiche primarie e secondarie con diversi sistemi certificati FDA sul mercato3. MWA offre numerosi vantaggi per il trattamento delle lesioni tumorali, come il rapido sviluppo della temperatura all'interno del tessuto, tempi di ablazione rapidi e la possibilità di utilizzare più applicatori contemporaneamente. Inoltre, la MWA tende a ridurre il trauma del paziente e ad aumentare il tasso di sopravvivenza a 5 anni dei pazienti con, ad esempio, carcinoma epatocellulare e metastasi epatiche4. Indipendentemente dalla tecnica di ablazione utilizzata, è della massima importanza valutare se l'intera lesione è stata distrutta, compreso il margine ablativo minimo (MAM). Questo MAM è risultato essere l'unico importante predittore della progressione del tumore locale (LTP) per le lesioni epatiche. Laimer et al.5 hanno dimostrato che la probabilità di LTP diminuiva del 30% per ogni aumento millimetrico del MAM. Per monitorare la temperatura all'interno del tessuto e valutare la necrosi coagulativa attiva, è possibile eseguire la termometria con risonanza magnetica (MRI). Utilizzando la risonanza magnetica, l'approccio più comune per il monitoraggio termometrico è il metodo dello spostamento della frequenza di risonanza protonica (PRFS) che utilizza la mappatura di fase6,7. Nel nostro lavoro precedente8, abbiamo introdotto un nuovo approccio per la creazione di una mappa termometrica volumetrica utilizzando sequenze gradient-echo comuni ed eseguendo una semplice interpolazione spaziale. Tuttavia, l’approccio presenta degli svantaggi. L'interpolazione della temperatura è soggetta a errori e disomogeneità anatomiche. Pertanto è necessaria una conoscenza a priori delle strutture di rischio. Inoltre, la valutazione dei fantasmi bioproteici solleva un altro errore dovuto alla soglia variabile per la necrosi coagulativa, basata sul valore del pH. In questo lavoro confrontiamo tre approcci per la ricostruzione di una mappa di necrosi volumetrica. Tutti gli algoritmi vengono valutati sugli stessi set di dati introdotti nel nostro lavoro precedente8, comprese le soglie aggiornate per ridurre al minimo la distorsione causata dai fantasmi. Mostreremo che i nostri nuovi approcci sono in grado di superare la somiglianza del metodo di ricostruzione precedente pur essendo più robusti nei confronti di artefatti e valori anomali. L'obiettivo della valutazione è l'identificazione di un approccio ricostruttivo adeguato rispetto all'accuratezza, alla robustezza e all'adattabilità (necessità di conoscenza a priori).