Experimentelle Erprobung eines neuen Spulendesigns zur endoluminalen MRT am Beispiel des Schweinemagens

Zusammenfassung

Ziel: Experimentelle Erprobung eines neuen MRT-Spulenkonzeptes zur besseren Darstellung der Magenwand. Material und Methoden: Mit einer neu entwickelten Radiofrequenz(RF)-Spule (Fraunhofer-Institut, St. Ingbert) zur endoluminalen MRT wurden 4 explantierte Schweinemägen in einem 1,5-Tesla-MR-Tomographen (Siemens Symphony, Erlangen) unter Verwendung von T1- und T2-gewichteten MR-Sequenzen in allen 3 Raumebenen untersucht. Die Neuentwicklung der RF-Spule wurde als flexible „single-loop”-Spule aus einem Shape-Memorymetall (Nitinol) gefertigt. Die RF-Spule wurde von einem biokompatiblen Material (Silikon) umgeben, welches den direkten Kontakt zwischen dem Spulendraht und der Magenschleimhaut verhindert. Aufgrund der Memoryeigenschaften nimmt die RF-Spule im expandierten Zustand eine kreisförmige Konfiguration mit einem Durchmesser von 8 cm ein. Die flexiblen Eigenschaften des verwendeten Materials erlauben die Passage durch den Arbeitskanal (13 mm Durchmesser) eines eigens angefertigten MR-kompatiblen Endoskops. Primärziel dieser Studie war die Untersuchung auf Machbarkeit und Anwendbarkeit der neu entwickelten RF-Spule als erster Schritt in der Entwicklung eines endoluminalen MRT-Konzepts. Die gewonnenen Bilddaten aus allen Sequenzen wurden hinsichtlich der Anzahl und dem spezifischen Signalverhalten der differenzierbaren Wandschichten evaluiert. Die Resultate wurden im direkten Vergleich mit den mikroskopisch-histologischen Ergebnissen eines im Anschluss histologisch aufgearbeiteten Schweinemagens korreliert. Ergebnisse: Die endoluminale RF-Spule wurde in allen 4 Mägen erfolgreich eingesetzt und lieferte auswertbare Bilddatensätze in allen Fällen. In der T1-gewichteten Sequenz waren 3 Wandschichten, in der T2-gewichteten Sequenz in 2 Fällen 4 Wandschichten im MRT-Bild eindeutig zu differenzieren. Die histologische Korrelation lieferte eine eindeutige Zuordnung der im MRT-Bild sichtbaren Schichten zu den korrespondierenden anatomischen Strukturen: bei 3 Wandschichten Mukosa, Submukosa und Muscularis propria, bei 4 Wandschichten zusätzlich Serosa und Subserosa als eine Schicht. Jeder identifizierbaren Schicht konnte ein typisches Signalverhalten zugeordnet werden. Schlussfolgerung: Das vorgestellte MR-Spulenkonzept zur endoluminalen MRT stellt ein funktionierendes System dar. Es ermöglicht die detaillierte Darstellung der Magenwand im In-vitro-Schweinemagenexperiment. Weiterführende Studien zur Evaluation des Potenzials der RF-Spule unter Einbeziehung der Überprüfung relevanter Sicherheitsaspekte sind notwendig, so dass letztendlich die klinisch-experimentelle Erprobung am Menschen zum Tumorwachstum und zur Tumorausbreitung in der Magenwand erfolgen kann. Die Bedeutung der radiologischen Diagnostik beim Magenkarzinom könnte durch die endoluminale MRT einen höheren Stellenwert als bisher einnehmen.

Abstract

Purpose: Experimental feasibility study of a new MR-Coil concept for enhanced visualization of the gastric wall. Material and Methods: The newly developed single-loop receiver coil for endoluminal imaging (Fraunhofer Institute, St. Ingbert, Germany) was evaluated in 4 explanted pig stomachs in a 1.5T MR unit (Siemens Symphony, Erlangen, Germany) with T1 w and T2 w MR sequences in three planes. The new coil consists of a foldable and self-expanding single loop coil (receiver coil) of a shape memory metal (nitinol). It was covered with a biocompatible material (silicone) to prevent direct contact of the wire with stomach tissue. The coil assumes a circular configuration with a diameter of 8 cm because of its memory metal properties. The flexible characteristics of the material used allow the passage through the instrument channel (13 mm diameter) of a specially designed MR-compatible endoscope. The purpose of our study was to assess feasibility of the coil design as a first step in developing a new endoluminal MRI-concept. Additionally the number and signal intensity of visible gastric wall layers were evaluated and findings were correlated with histopathological results of a pig stomach. Results: The new coil concept was a feasible system in all 4 cases and showed good image quality for analysis. On T1 w images, 3 layers were visible in all cases, and on T2 w images 4 different gastric wall layers were seen in 2 cases. Due to histopathological correlation, the different gastric wall layers were identified as follows: mucosa, submucosa and muscularis propria if three layers were depicted; in cases of 4 visible wall layers, serosa and subserosa could be detected additionally. For each gastric wall layer, a distinct signal intensity was found. Conclusion: The new MR coil concept for endoluminal imaging proved to be a feasible technique. Good differentiation of gastric wall layers in the pig stomach could be demonstrated. We have shown that endoscopic MR-imaging with our new coil concept is a valuable technique for the visualization of gastric wall layers. Due to this fact, follow-up studies including assessing safety aspects are necessary to finally conduct an experimental-clinical study on in-vivo human gastric specimens to detect tumor growth and morphology within the gastric wall. Endoscopic MRI may have the potential in the future to overcome today’s limitations of diagnostic imaging in gastric cancer.

Key words

Gastric cancer - MRI - experimental endoluminal imaging - endoscopic MRI

Literatur

• 1 Sendler A, Böttcher K, Etter M. et al . Das Magenkarzinom.  Internist. 2000;  41 817-830
• 2 Ono H, Kondo H, Gotoda T. et al . Endoscopic mucosal resection for treatment of early gastric cancer.  Gut. 2001;  48 225-229
• 3 Adashek K, Sanger J, Longmire W P Jr. Cancer of the stomach. Review of consecutive ten year intervals.  Ann Surg. 1979;  189 6-10
• 4 Wanebo H J, Kennedy B J, Chmiel J. et al . Cancer of the stomach. A patient care study by the American College of Surgeons.  Ann Surg. 1993;  218 583-592
• 5 Allum W, Cunningham D, Weeden S. on behalf of the NCRI Upper GI Clinical Study Group . Perioperative chemotherapy in operable gastric and lower oesophageal cancer. A randomised controlled trial (the MAGIC trial ISRCTN 93 793 971).  Proc Am Soc Clin Oncol. 2003;  998 (abstract)
• 6 Stoker J, Rociu E, Zwamborn A W. et al . Endoluminal MR Imaging of the Rectum and Anus: Technique, Applications and Pitfalls.  Radiographics. 1999;  19 383-398
• 7 Martin A J, Plewes D B, Henkelman R M. MR imaging of blood vessels with an intravascular coil.  J Magn Res Imag. 1992;  2 421-424
• 8 Inui K, Nakazawa S, Yoshino J. et al . Endoscopic MRI.  Pancreas. 1998;  16 413-417
• 9 Kulling D, Bohning D E, Kay C L. et al . Histologic correlates to pig gastrointestinal wall layers imaged in vitro with the magnetic resonance endoscope.  Gastroenterol. 1997;  112 1568-1574
• 10 De Souza N M, Gibbons A H, Coutts G A. et al . Magnetic resonance imaging during upper GI endoscopy: technical considerations and clinical feasibility.  Min Invasive Ther. 1995;  4 277-281
• 11 Lubienski A, Grenacher L, Reith W. et al . Experimentelle Darstellung der Schichten der Magenwand mittels MRT: Korrelation mit dem histologischen Wandaufbau.  Fortschr Röntgenstr. 2002;  174 490-494
• 12 Yamada I, Saito N, Takeshita K. et al . Early gastric carcinoma: evaluation with high-spatial-resolution MR imaging in vitro.  Radiology. 2001;  220 115-21
• 13 Quick H H, Ladd M E, Zimmermann-Paul G G. et al . Single-loop coil concept for intravascular magnetic resonance imaging.  Magn Res in Med. 1999;  41 751-758
• 14 Düx M, Roeren T, Kuntz C. et al . MRI for staging of Gastric Carcinoma: First Results of an Experimental Prospective Study.  JCAT. 1997;  21 66-72
• 15 Sohn K M, Lee J M, Lee S Y. et al . Comparing MR Imaging and CT in the Staging of Gastric Carcinoma.  AJR. 2000;  174 1551-1557