Quantitative magnetic resonance imaging and high-intensity focused ultrasound treatment of uterine fibroids

Abstract

Magnetic resonance-guided high-intensity focused ultrasound (MRgHIFU) treatment is an emerging non-invasive treatment method in which the targeted tissue is heated by high-intensity ultrasound causing coagulative necrosis. Benign muscle tumors of the uterus alias uterine fibroids can be treated with MRgHIFU though treatment outcomes have been varying. Treatment outcomes are affected by different properties of uterine fibroid tissue such as blood flow and histological structure. The blood flow of uterine fibroids can be changed by oxytocin infusion even though oxytocin’s mechanism of action on the blood flow of uterine fibroids is unknown.

The present magnetic resonance imaging (MRI) based evaluation methods of uterine fibroids’ suitability for MRgHIFU treatment are not completely satisfactory. Quantitative MRI techniques can be used for measuring the histological properties of tissues in an indirect manner, which could be better for uterine fibroids’ suitability evaluation. This study investigated the feasibility of applying quantitative MRI techniques; diffusion-weighted imaging (DWI) and T2 relaxation time mapping, to predict outcomes of the MRgHIFU treatment of uterine fibroids. Based on these results, new quantitative evaluation methods were developed and compared with currently used MRI-based evaluation methods. In addition, the effect of oxytocin on the blood flow of the uterine fibroid and the myometrium was studied quantitatively using dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI).

The results of this study indicate that DWI and T2 relaxation time mapping are feasible for the evaluation of MRgHIFU treatment outcomes. Evaluation methods based on these techniques also appear to be more reliable than current approaches. When utilizing DCE-MRI, it was observed that oxytocin strongly reduced the blood flow of uterine fibroids without affecting the blood flow in the myometrium, indicating that oxytocin’s effect took place solely in the uterine fibroid. The results of this work are directly applicable to the clinical practice of treating uterine fibroids with MRgHIFU.

<b>Myoomien kvantitatiivinen magneettikuvantaminen ja korkea intensiteettinen fokusoitu ultraäänihoito</b>

Magneettikuvausohjattu korkeaintensiteettinen kohdennettu ultraäänihoito (magnetic resonance-guided high-intensity focused ultrasound, MRgHIFU) on uudenlainen kajoamaton hoitomenetelmä, jossa kohdekudosta lämmitetään korkeaintensiteettisen ultraäänen avulla, mikä aiheuttaa koagulaationekroosia. Kohdun hyvänlaatuisia lihaskasvaimia eli myoomia voidaan hoitaa MRgHIFUhoidolla, mutta hoitotulokset ovat kuitenkin vaihtelevia. Hoitotuloksiin vaikuttavat myoomakudoksen erilaiset ominaisuudet kuten verenvirtaus ja histologinen rakenne. Myoomien verenvirtausta voidaan muuttaa oksitosiini-infuusiolla, mutta oksitosiinin vaikutusmekanismi myoomien verenvirtaukseen ei ole tunnettu.

Nykyiset magneettikuvaukseen perustuvat myoomien soveltuvuuden arviointimenetelmät MRgHIFU-hoitoon eivät ole täysin tyydyttäviä. Kvantitatiivisilla magneettikuvaustekniikoilla voidaan mitata epäsuorasti kudosten histologisia ominaisuuksia ja siten nämä tekniikat voisivat olla parempia myoomien soveltuvuuden arvioinnissa MRgHIFU-hoitoon. Tässä tutkimuksessa arvioitiin kvantitatiivisten magneettikuvaustekniikoiden (diffuusiopainotettu kuvantaminen ja T2-relaksaatioaikakartoitus) soveltuvuutta ennustaa myoomien MRgHIFU-hoitotuloksia. Näiden tulosten perusteella kehitettiin uudet kvantitatiiviset arviointimenetelmät ja verrattiin näitä menetelmiä nykyisiin magneettikuvaukseen perustuviin arviointimenetelmiin. Lisäksi oksitosiinin vaikutusta myooman ja kohdun seinämän verenvirtaukseen tutkittiin kvantitatiivisesti käyttäen dynaamista kontrastiainetehosteista magneettikuvantamista.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että diffuusiopainotettu kuvantaminen ja T2-relaksaatioaikakartoitus soveltuvat myoomien MRgHIFU-hoitotulosten arviointiin. Näihin tekniikoihin perustuvat arviointimenetelmät vaikuttavat olevan myös luotettavampia kuin nykyiset arviointimenetelmät. Dynaamisen kontrastitehosteisen magneettikuvantamisen avulla havaittiin, että oksitosiini vähentää voimakkaasti myooman verenvirtausta vaikuttamatta kohdun seinämän verenvirtaukseen viitaten siihen, että oksitosiinin vaikutus tapahtuu vain myoomassa. Tämän työn tulokset ovat suoraan sovellettavissa myoomien MRgHIFU-hoitojen kliinisiin käytäntöihin.