Estudo comparativo de algoritmos de reconstrução para mapas de necrose volumétrica de multi 2D

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11509 (2022) Citar este artigo

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O câncer é uma doença que requer uma quantidade significativa de atenção médica cuidadosa. Para procedimentos de termoablação minimamente invasivos, o monitoramento da distribuição de calor é um dos maiores desafios. Neste trabalho, três abordagens para a reconstrução volumétrica do mapa de calor (triangulação de Delauney, elipsoides envolventes de volume mínimo (MVEE) e splines) são apresentadas com base em imagens de fase 2D MRI distribuídas uniformemente giradas em torno do eixo principal do aplicador. Nós os comparamos com nosso método de interpolação de temperatura anterior em relação à precisão, robustez e adaptabilidade. Todas as abordagens são avaliadas durante o tratamento com MWA nos mesmos conjuntos de dados que consistem em 13 fantomas ex vivo de bioproteínas, incluindo seis fantomas com efeitos de dissipação de calor simulados. Em relação à precisão, os resultados de similaridade DSC mostram uma forte tendência para o método MVEE (\(0.80\pm 0.03\)) e splines (\(0.77\pm 0.04\)) em comparação com a triangulação de Delauney (\(0.75\pm 0.02 \)) ou a interpolação de temperatura (\(0.73\pm 0.07\)). A robustez é aumentada para todas as três abordagens e a adaptabilidade mostra uma tendência significativa para o método de interpolação inicial e as splines. Para superar as inomogeneidades locais nos dados adquiridos, o uso de simulações adaptativas deve ser considerado no futuro. Além disso, a transferência para experimentos in vivo com animais deve ser considerada para testar a aplicabilidade clínica.

De 2018 a 2020, as incidências e mortes por câncer aumentaram 6,47% e 4,21%, respectivamente1,2. Abordagens minimamente invasivas são consideradas mais seguras do que a cirurgia aberta. Além disso, a cirurgia aberta nem sempre é aplicável devido a comorbidades, disseminação de lesões tumorais ou limitações anatômicas. Uma alternativa crescente é o uso de abordagens minimamente invasivas. Juntamente com outras, a ablação por microondas (MWA) é uma técnica promissora para o tratamento de lesões hepáticas primárias e secundárias com vários sistemas certificados pela FDA no mercado3. A MWA oferece várias vantagens para o tratamento de lesões tumorais, como rápido desenvolvimento de temperatura no tecido, tempos de ablação rápidos e capacidade de usar vários aplicadores simultaneamente. Além disso, MWA tende a reduzir o trauma do paciente e aumentar a taxa de sobrevida em 5 anos de pacientes com, por exemplo, carcinoma hepatocelular e metástases hepáticas4. Independentemente da técnica de ablação utilizada, é de grande importância avaliar se toda a lesão foi destruída, incluindo uma margem ablativa mínima (MAM). Este MAM foi considerado o único preditor importante de progressão tumoral local (LTP) para lesões hepáticas. Laimer et al.5 demonstraram que a chance de LTP diminui em 30% para cada milímetro de aumento da MAM. Para rastrear a temperatura dentro do tecido e avaliar a necrose de coagulação ao vivo, a termometria por ressonância magnética (MRI) pode ser realizada. Usando ressonância magnética, a abordagem mais comum para monitoramento de termometria é o método de deslocamento de frequência de ressonância de prótons (PRFS) usando mapeamento de fase6,7. Em nosso trabalho anterior8, introduzimos uma nova abordagem para a criação de um mapa termométrico volumétrico, utilizando sequências gradiente-eco comuns e realizando uma interpolação espacial simples. No entanto, a abordagem tem desvantagens. A interpolação de temperatura é propensa a erros e inomogeneidades anatômicas. Portanto, é necessário um conhecimento a priori sobre as estruturas de risco. Além disso, a avaliação de fantomas de bioproteínas levanta outro viés devido ao limiar variável para a necrose de coagulação, com base no valor de pH. Neste trabalho, comparamos três abordagens para a reconstrução de um mapa de necrose volumétrica. Todos os algoritmos são avaliados nos mesmos conjuntos de dados introduzidos em nosso trabalho anterior8, incluindo limites atualizados para minimizar o viés causado pelos fantasmas. Mostraremos que nossas novas abordagens são capazes de exceder a similaridade do método de reconstrução anterior, ao mesmo tempo em que são mais robustas em relação a artefatos e outliers. O objetivo da avaliação é a identificação de uma abordagem de reconstrução adequada com relação à precisão, robustez e adaptabilidade (necessidade de conhecimento a priori).