Double-contrast MRI for the staging of rectal carcinoma: Technical aspects and clinical experience.

Abstract

Aim of the study Today´s methods for the staging of rectal carcinoma: ultrasonography with transrectal probe, CT, MRI or MRI with a rectal coil, all have limitations. The aim was therefore to develop a new, double-contrast MRI method for evaluation of rectal carcinoma. The idea was that a rectally applied contrast medium causing distension and signal void of the rectal lumen and an intravenous injection of contrast medium containing gadolinium to increase the signal from the mucosa would facilitate tumor staging and allow assessment of the rectal wall. Material, Methods and Results In a phantom study, using a 0.3T MR system, the signal alterations, artifacts and distorsion induced by the super-paramagnetic bowel contrast medium, Ferristene, were evaluated. A concentration of 20 mg iron/liter gave the best results. In a study of 12 patients, using a 0.3T MR system, the double-contrast MRI made possible the evaluation of the normal rectal wall and could be used for staging of rectal carcinoma. In a study of 29 patients, using a 0.3T MR system, the double-contrast MRI had a sensitivity of 100%, a specificity of 70% and an accuracy of 90% in distinguishing tumor stages more advanced than Dukes´ A. In a prospective, multicenter study using 1.0 or 1.5T MR systems, it was shown that the method had a sensitivity of 97%, a specificity of 50% and an accuracy of 82% for staging rectal carcinoma more advanced than stage T2. The possibility of replacing Ferristene by air in the double-contrast method was evaluated in ten patients. Ferristene was superior, mainly because the patients were unable to keep the air in the rectum. Conclusion The study has shown that double-contrast MRI is a robust and reliable method for staging of rectal carcinoma.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Cancer i tjock- och ändtarmen är idag den tredje vanligaste formen av till döden ledande cancer i världen. Den är vanligast i de högindustrialise-rade delarna av världen: Europa, Nord-Amerika och Australien.



Prognosen för den enskilde patienten är helt beroende på cancerns utbredning vid diagnostillfället. Cancerns utbredning bedöms idag enligt olika indelningsprinciper. De vanligaste är stadieindelning enligt Dukes eller TNM. Rektalcancer som är begränsad till tarmväggen (Dukes A eller TNM 1-2) har en avsevärt bättre prognos med en femårsöverlevnad på c:a 95% än cancer som vuxit igenom tarmväggen och ut i omgivande vävnad (Dukes B eller TNM 3 eller mer avancerade stadier), där femårs-överlevnaden sjunker till c:a 40% eller mindre.



Man har visat att prognosen för patienter med rektalcancer Dukes B eller TNM 3 förbättras avsevärt om patienten erhåller strålbehandling före operation. Tumörer begränsade till tarmväggen (Dukes A, TNM 1-2) har dock redan så god prognos att de rutinmässigt ej anses behöva strål-behandling. Dessa tumörer kan ofta opereras endoskopiskt, d.v.s. genom ändtarmen och man kan undvika att operera via bukhålan om man kan stadieindela tumören före operation. Även hos patienter med mycket avancerad tumörväxt utanför tarmen med överväxt på andra organ, där det är omöjligt att avlägsna tumören i sin helhet, är det värdefullt att veta detta så att onödiga kirurgiska ingrepp kan undvikas och man istället kanske behandlar patienten med enbart strålbehandling.



Diagnosen rektalcancer ställs idag vid rektalpalpation, rektoskopi eller tjocktarmsröntgen. Ingen av dessa metoder kan stadieindela rektal-cancer. Stadieindelning sker därför idag i första hand med transrektalt ultraljud, MR med endorektal spole, helkropps-MR före och efter intra-venöst tillförd gadolinium-baserad kontrast samt CT med kontrastmedel. Alla dessa metoder har dock begränsningar, t.ex. kan transrektalt ultraljud eller MR med endoraktal spole ej användas vid högtsittande tumörer, tumörer som förtränger tarmlumen eller stora oregelbundna tumörer.



Avsikten med detta avhandlingsarbete har därför varit att utveckla och testa en ny MR-metod med dubbelkontrastteknik för att kunna stadie-indela rektalcancrar preoperativt. Dubbelkontrastmetoden innebär att man rektalt tillför patienten ett negativt järnbaserat kontrastmedel som utsläcker signalen från tarmlumen och spänner ut tarmväggen vid alla MR-sekvenser. Dessutom tillför man intravenöst ett gadolinium-baserat kontrastmedel som gör att de olika skikten i tarmväggen kan bedömas.



I delarbete I utvärderades olika järnkoncentrationer av det använda tarmkontrastmedlet med avseende på signalförändringar, artefakter och bildförvrängning i en 0.3T MR-kamera. Koncentrationen 20 mg järn per liter befanns vara den mest användbara.



I delarbete II utvärderades dubbelkontrasttekniken i en pilotstudie med 12 patienter med rektalcancer. Studien visade att dubbelkontrastmetoden medförde att den normala tarmväggen kunde ses och bedömas och att det var möjligt att stadieindela rektalcancer.



I delarbete III utvärderades dubbelkontrasttekniken i ett större patient-material. Tjugonio patienter med rektalcancer undersöktes med MR utan kontrast, MR med enbart rektalt tillförd kontrast samt MR med både intravenöst och rektalt tillförd kontrast - dubbelkontrastmetoden. Dubbelkontrastmetoden visade sig vara överlägsen och gjorde att Dukes A tumörer kunde skiljas från mer avancerade tumörstadier med en sensitivitet på 100%, en specificitet på 70% och en tillförlitlighet på 90%.



I delarbete IV utvärderades dubbelkontrastmetoden i en internationell multicenterstudie omfattande 106 patienter undersökta med högfälts-magnetkameror med fältstyrkor växlande från 1 till 1.5T. Olika bland-ningar av det rektala kontrastmedlet jämfördes, hög eller låg viskositet och högt eller lågt järninnehåll. Den högre viskositeten visade sig vara bäst medan järninnehållet spelade mindre roll. Dubbelkontrastmetodens känslighet för att kunna stadieindela rektal-cancrar och skilja stadium T2 från mer avancerade stadier befanns ge en sensitivitet på 97%, en specificitet på 50% och en tillförlitlighet på 82%.



I delarbete V utvärderades möjligheten att kunna ersätta det rektalt tillförda järnkontrastmedlet med ett billigare alternativ - luft - hos tio patienter med rektalcancer. Det visade sig att luft inte kunde ersätta järnkontrastmedel i dubbelkontrastmetoden, huvudsakligen beroende på att det var svårt för patienten att kunna hålla kvar luften i ändtarmen under undersökningen.



Slutsats: Avhandlingen visar att dubbelkontrastmetoden för MR-kameror är en enkel och tillförlitlig metod för att stadieindela rektalcancrar.

• author: Wallengren, Nils-Olof
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: MD, PhD Hellström, Mikael, Sahlgrenska sjukhuset, Göteborg
• organization: Diagnostic Radiology, (Lund)
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: radiology, Clinical physics, Double contrast, MR imaging, Preoperative staging, Rectal carcinoma, tomography, medical instrumentation, Klinisk fysiologi, radiologi, tomografi, medicinsk instrumentering
• pages: 134 pages
• defense location: Lecture room 1, University Hospital, Lund
• defense date: 2001-06-05 10:15:00
• ISBN: 91-628-4859-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 1d6f284c-1c40-40f2-8da2-f076f4379adc (old id 41647)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:47:43
• date last changed: 2018-11-21 21:00:48