Med vanlige bilder av hjernen er det nesten umulig å skille mellom arrdannelse og en fortsatt voksende kreftsvulst. Med vanlige bilder av hjernen er det nesten umulig å skille mellom arrdannelse og en fortsatt voksende kreftsvulst, skriver Lea Starck.
Med vanlige bilder av hjernen er det nesten umulig å skille mellom arrdannelse og en fortsatt voksende kreftsvulst. Med vanlige bilder av hjernen er det nesten umulig å skille mellom arrdannelse og en fortsatt voksende kreftsvulst, skriver Lea Starck.

Med ny bildeteknologi kan vi avsløre aggressive kreftsvulster tidligere

POPULÆRVITENSKAP: Det er vanskelig å skille mellom arrvev og en voksende svulst i hjernen ved å bruke et vanlig MR-bilde. Men ved hjelp av fysikk kan vi gjøre denne jobben enklere.

Publisert

Like etter strålebehandling av en hjernesvulst kan det dannes arrvev – eller svulsten kan fortsette å vokse.

Med vanlige bilder av hjernen er det nesten umulig å skille mellom arrdannelse og en fortsatt voksende kreftsvulst.

Men vi vet at det vanligvis er mindre blod i arrvevet enn i en voksende svulst. Mengden blod i svulsten har også sammenheng med hvor raskt svulsten vokser.

Nå er vi på sporet av en ny målemetode med MR-maskin, hvor vi kan avsløre om det faktisk er en svulst som vokser eller om det bare er arrvev.

Dermed kan vi også tilby livsforlengende behandling til pasienter tidligere.

Kontaktløs inspisering av kroppens indre

MR-maskinen er det vi bruker for å ta bilder som brukes til å planlegge behandlingen av kreftsvulster i sentralnervesystemet eller andre deler av kroppen.

Jobben til MR-maskinen er å fange opp magnetiske resonanssignaler i menneskekroppen. I en MR-maskin lages bilder ved at det sendes inn energi i form av en svak elektromagnetisk puls. Vevet, eller rettere sagt hydrogenkjernene i vevet, sender umiddelbart signaler tilbake som fanges opp av MR-systemet.

Ønsker seg mer informasjon fra MR-bildene

Når radiologene leser MR-bilder ser de etter uventede strukturer eller signalendringer. Bildene de leser er svart-hvitt bilder, hvor MR-signalene blir gjengitt på en gråskala.

Radiologenes årelange erfaring er viktig for å definere hva som er normale forskjeller mellom mennesker. Av og til blir de stilt overfor nærmest umulige oppgaver: Er dette en vanlig endring? Betyr det lyse signalet etter en kreftoperasjon i hodet at det har dannet seg arrvev, eller er svulsten kommet tilbake?

Selv radiologene ønsker seg bedre hjelpemidler for å kunne besvare slike gåter.

Derfor utvikles det stadig nye teknikker innenfor MR for å finne nye biomarkører. En biomarkør er noe som kan måles og som kan si noe om sykdomstilstanden til en person. For eksempel er temperatur en biomarkør for feber.

Og her kommer fysikerne inn! De nye biomarkørene baserer seg på matematiske modeller av prosessene som skjer i kroppen i samspill med MR-maskinen. På den måten kan hver eneste piksel i et MR-bilde få et ekstra tall, en ekstra måling, knyttet til seg. Denne målingen sier mer om sykdomstilstanden enn et vanlig MR-bilde kunne gjort alene.

For å komme frem til denne målingen må man forstå fysikken som gjemmer seg bak signalet.

Blodmengde kan gi svar

Dersom en svulst har god tilgang på blod, kan det tenkes at den er aggressiv, mens arrvev vil ha lavere tilførsel av blod. En potensiell biomarkør for hjernesvulster kan altså være andelen blod per volum, og det måles i milliliter blod per hundre gram hjernemasse.

Blodvolumet kan måles ved at blodet tilsettes et kontrastmiddel som påvirker den delen av magnetfeltet som ligger i, og tett rundt blodet. Når radiologen tar flere opptak raskt etter hverandre, måler han hvordan blodet, som inneholder kontrastmiddelet, beveger seg gjennom området man er interessert i.

På den måten kan man måle hvor mye kontrastmiddel som er der til enhver tid, og denne målingen kan vi bruke til å beregne blodvolumet.

Må visualiseres til et forståelig bilde

Å se på informasjon i tid i tillegg til i rom, gjør at legen må se på veldig mange bilder. Derfor er det avgjørende å kunne presentere alle bildene som tas i tid i form av ett samlebilde.

Samlebildet inneholder mer informasjon en de vanlige MR-bildene. Et eksempel på det kan være et fargekodet bilde som beskriver nettopp blodvolumet i hvert område, som man kan legge på toppen av det vanlige MR-bildet, som du kan se i figuren nedenfor.

Fargene i bildet er gjengitt på en skala fra blått til rosa, hvor blått svarer til små blodvolum, mens rosa svarer til store blodvolum. De blå og grønne fargene skiller fint mellom hvit og grå hjernemasse. Denne pasienten har en stor svulst, hvor mye av svulsten er helt dødt vev, men langs kanten på den ser vi at blodvolumet er noe større.

Et vanlig svart-hvitt bilde fra et tidsopptak.
Et vanlig svart-hvitt bilde fra et tidsopptak.
Fargeskalaen i bildet viser volumet av blod i hvert område i hjernen og er lagt på toppen av svart-hvitt bildet.
Fargeskalaen i bildet viser volumet av blod i hvert område i hjernen og er lagt på toppen av svart-hvitt bildet.
Kurvene viser hvordan magnetiske egenskaper i ulike områder endrer seg på grunn av hvordan konsentrasjonen av kontrastmiddel i områdene endrer seg i tid. Det er på bakgrunn av disse kurvene at blodvolumet kan beregnes.
Kurvene viser hvordan magnetiske egenskaper i ulike områder endrer seg på grunn av hvordan konsentrasjonen av kontrastmiddel i områdene endrer seg i tid. Det er på bakgrunn av disse kurvene at blodvolumet kan beregnes.

Det er vanskelig å måle helt presist

Å finne blodvolumet på denne måten, er fortsatt ikke en fullstendig nøyaktig metode. Målingen er nemlig avhengig av at vi finner et referansepunkt for beregningen av blodvolumet.

Vi velger et referansepunkt hvor vi vet at blodvolumet er maksimalt. Blodvolumet vil være maksimalt i en piksel i MR-bildet som bare inneholder blod, og ikke noe annet som kan stjele noe av signalet. Når vi har funnet signalet fra referansepikselen, kan vi sammenligne det med signaler fra andre piksler og regne ut et en verdi for blodvolumet i hver eneste piksel i MR-bildet.

Det viser seg at det er enklere å finne en referansepiksel i teorien enn i praksis!

Likevel holder det om målemetoden er presis nok til at den kan brukes når helsepersonell skal avgjøre hvordan en pasient skal behandles. Det er flere studier som tyder på at jo mer aggressiv en svulst er, jo større vil blodvolumet være der den vokser. Det finnes også studier som viser at blodvolumet er større i en voksende svulst enn i arrvevet som kan oppstå etter strålebehandling.

Jakten etter en normalverdi

Kroppstemperaturen vår er som kjent mellom 36,5 og 37ºC, det er normalverdien. Er den høyere, har vi feber, og vi tar gjerne grep ved å hvile og å ta en Paracet.

På samme måte kan vi lete etter en normalverdi for blodvolum. Det vil si at vi må finne ut hvilket blodvolum, målt i milliliter per hundre gram hjernemasse, vi kan forvente å måle i en kreftsvulst som ikke trenger umiddelbar ny strålebehandling.

Likevel må det forskes mer før det er mulig å slå fast om vi kan definere en slik normalverdi, slik at en prognose og eventuell behandling kan baseres på avviket fra normalen.

Men vi kan allerede glede oss over at analyser av målinger av blodvolum som er spredd i tid fra samme pasient kan si oss mer om hvordan det går med pasienten enn det vanlige MR-bilder kan.

Fysikken får konsekvenser for pasientene

Selv om teorien som ligger bak MR-teknologien beskriver fysiske fenomen med en vanvittig presisjon, kan komplekse biologiske systemer fremdeles fremstå som mer utilgjengelige.

Derfor er det spennende at vi fysikere i MR-forskningen kan brukes til nettopp dette, å utnytte fysikk-kunnskapene våre til å lage nye målemetoder. Da kan vi modellere og forstå de komplekse sammenhengene i kroppen på nye måter.

I stedet for å vente med livsforlengende behandling, fordi radiologen tolker en voksende kreftsvulst som stråleindusert arrvev fra en tidligere behandling, kan målingen av blodvolumet avsløre tidligere hvor aggressiv kreften er.

Hvis kreften kan følges tettere, øker sjansen for at pasienten kan få riktig livsforlengende behandling.

Les forskningen bak teksten:

J. Liang, D. Liu, P. Gao, D. Zhang, H. Chen, C. Shi and L. Luo, "Diagnostic Values of DCE-MRI and DSC-MRI for Differentiation Between High-grade and Low-grade Gliomas: A Comprehensive Meta-analysis," Academic Radiology, vol. 25, no. 3, pp. 338-348, 2018.

S. Abdulla, J. Saada, G. Johnson, S. Jefferies and T. Ajithkumar, "Tumour progression or pseudoprogression? A review of post-treatment radiological appearances of glioblastoma," Clinical Radiology, vol. 70, no. 11, pp. 1299-1312, 2015.