Gadodiamide injection for Enhancement of MRI in the CNS. Applications, dose, field and time dependence.

Abstract

Aims of the study



The aims of this study using Gadodiamide injection were to investigate:



· Whether Gadodiamide injection was comparable to Gd-DTPA for the enhancement of CNS lesions.



· The contrast effect at different field strengths.



· The effective time-window for the enhancement of blood-brain barrier damage.



· The relations between the concentration of contrast agent and enhancement in phantoms, and to correlate the results to doses given to patients.



· The use of a higher dose in two important clinical problems; the detection of metastases in the brain, and the evaluation of patients with failed back surgery syndrome (patients with recurrent pain after surgery for lumbar disc herniation).



Results and conclusions



· Gadodiamide injection was comparable to Gd-DTPA with regard to both safety and diagnostic efficacy in the CNS.



· The contrast effect of Gadolinium contrast agents is higher at 1.5 T than at 0.3 T both in phantoms and patients with a maximum ratio (signal lesion / signal grey matter) more than 50% higher at 1.5T.



· To achieve high contrast effect, heavily T1-weighted images are also important at both field strengths, as prolonging the repetition time from 400 ms to 600 ms reduced the ratio by 15-45% depending on concentration.



· The effective time-window for imaging of blood-brain barrier damage is between 2-5 and 25-30 minutes after injection and several scans can be performed without loss of enhancement.



· To provide maximum detectability of blood-brain-barrier-damage in patients with brain lesions, higher doses of Gd contrast media should be useful, as the doses used clinically today do not utilize the maximum contrast effect, either at high or low field strength. However, higher doses are more important at low field strengths because the contrast effect is lower than at high field strengths.



· High-dose (0.3 mmol/kg b.w.) contrast-enhanced T1-weighted spin-echo MRI with Gadodiamide injection allowed detection of significantly (p<<0.01) more and smaller metastases than standard-dose (0.1 mmol/kg b.w.) MRI at 0.3 T. High-dose contrast-enhanced MRI with Gadodiamide injection is an efficient way to improve the detection of brain metastases. This should also be true for blood-brain barrier disruptions of other causes.



· High-dose (0.3 mmol/kg b.w.) contrast-enhanced T1-weighted spin-echo MRI at 0.3T did not increase the diagnostic information in patients with recurrent pain after surgery for lumbar disc herniation compared to standard-dose (0.1 mmol/kg b.w.) MRI. The high dose images were considered more informative than the standard dose images when compared in pairs but gave no additional or different diagnostic information when evaluated separately.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Magnetresonanstomografi (MRT) är en metod för framställning av bilder av kroppen och av sjukliga förändringar i kroppen. När metoden introducerades ansågs den utomordentligt goda inbyggda vävnadskontrasten vara tillräcklig för att särskilja olika sjukliga förändringar, speciellt i hjärnan. Det har emellertid visat sig att förmågan att upptäcka sjukliga förändringar är otillräcklig. Därför har olika kontrastmedel för MRT utvecklats. Kontrastmedlen i klinisk användning är gadolinium-substanser som fördelar sig i extracellulära rummet. I hjärnan passerar de inte en intakt blod-hjärn barriär. Om en skada på denna barriär emellertid föreligger, passerar de in i det extracellulära rummet i hjärnan. Kontrastmedlen kan därför användas för att påvisa en sådan skada. Eftersom nedbrytandet av barriären är en viktig egenskap hos hjärntumörer, infektioner och andra sjukdomar i centrala nervsystemet (CNS), har användandet av dessa kontrastmedel ökat snabbt, och de betraktas nu som nödvändiga vid många MRT-undersökningar av hjärnan. Fördelningen i det extracellulära rummet har också gjort dem mycket användbara för utvärdering av andra tumörer i och kring CNS liksom av förändringar utanför detta område. Gadodiamide injection skiljer sig från andra gadolinium-baserade MR-kontrastmedel genom lägre osmolalitet och genom lägre toxicitet. Detta ger en möjlighet att använda medlet i högre doser än vad som vanligen används vad gäller denna typ av kontrastmedel. Gadolinium-baserade kontrastmedels effekt är i teorin beroende av fältstyrkan i magnetkameran, men studier av detta har visat motsägande resultat. I teorin ger högre doser bättre kontrasteffekt upp till en viss gräns men effekten i kliniska sammanhang av olika doser och dessa dosers kliniska användningsområde har varit föremål för debatt. Modern MR-teknologi tillåter mycket snabba sekvenser, vilket har gjort det viktigt att fastställa hur snabbt kontrasteffekten uppstår för att inte undersöka patienten för tidigt. Det är också viktigt att veta hur länge kontrastförstärkningen kvarstår för att undvika att undersöka patienten när kontrasteffekten försvunnit. Vid hjärnmetastaser är det viktigt att man lyckas påvisa alla metastaser innan behandling påbörjas, eftersom antalet metastaser är mycket betydelsefullt, både för valet av behandlingsmetod och för resultatet av behandlingen. Detta gjorde det angeläget att undersöka möjligheterna att öka förmågan hos MRT att upptäcka dessa förändringar genom att använda en förhöjd dos av kontrastmedel. Ett annat problem är patienter som opererats för diskbråck i ländryggen, men efter operationen antingen har kvarstående symtom eller återfår symtom. Att skilja återkommande diskbråck från ärrvävnad efter operation är viktigt, eftersom återkommande diskbråck opereras med goda resultat, medan patienter med enbart ärrvävnad inte bör opereras. Tolkningen av MRT-undersökningen är hos dessa patienter ofta svår, varför det var viktigt att försöka förbättra de diagnostiska resultaten genom att använda en förhöjd dos av kontrastmedel.



Mål för studien



Målen för den här studien med Gadodiamide injection var att undersöka:



· om Gadodiamide injection var jämförbar med Gd-DTPA för kontrastförstärkning av förändringar i centrala nervsystemet (Delarbete I);



· kontrasteffekten vid olika fältstyrkor (Delarbete II);



· det användbara tids-spannet för kontrastförstärkning av blod-hjärn barriärskada (Delarbete III);



· relationerna mellan koncentration av kontrastmedel och kontrastförstärkning i fantom och att korrelera dessa resultat till doser av kontrastmedel vilka givits till patienter (Delarbete II);



· användbarheten av en förhöjd dos kontrastmedel vid två viktiga kliniska problem:



1 påvisande av hjärnmetastaser (dvs. blod-hjärn barriärskada) (Delarbete IV),



2 undersökning av patienter med återkommande eller kvarstående symtom efter diskbråckskirurgi i ländryggen (Delarbete V).



Delarbete I



Gadodiamide injection jämfördes med Gd-DTPA i dosen 0,1 mmol/kg kroppsvikt i en dubbelblind, randomiserad undersökning av 60 patienter. Ingen skillnad i biverkningar befanns föreligga och inga förändringar vad gällde neurologiska fynd, blodtryck, puls eller blodprov hittades. Båda kontrastmedlen bedömdes vara effektiva och ingen skillnad i effektivitet eller säkerhet observerades.



Delarbete II



Effekten av Gadodiamide injection på bildkontrast jämfördes vid olika koncentration och vid fältstyrkorna 0,3 T och 1,5 T i fantom. Resultaten relaterades också till bilder av patienter med hjärnmetastaser vilka fått kontrastmedlet. Kontrasteffekten för gadolinium-baserade kontrastmedel är högre vid 1,5 än vid 0,3 T. Medlens maximala kontrast effekt utnyttjas inte vid de doser som idag ges till patienter varför högre doser kan komma att visa sig användbara, speciellt vid lägre fältstyrkor, där effekten av dessa kontrastmedel är mindre. Kraftig T1-viktning är också väsentlig för att erhålla god kontrasteffekt.



Delarbete III



Det för bildtagning vid MRT-undersökning av förändringar i användbara tids-spannet efter injektion av gadolinium-kontrastmedel bestämdes. Elva patienter med 15 förändringar i hjärnan (dottersvulster, hjärntumörer, böld) undersöktes. Det användbara tids-spannet bestämdes börja vid 2-5 minuter och vara till 25-30 minuter efter injektionen av kontrastmedlet.



Delarbete IV



Förmågan att påvisa hjärnmetastaser (eller egentligen blod-hjärn barriärskada) vid kontrastförstärkt datortomografi-undersökning, icke-kontrastförstärkt MRT-undersökning och kontrastförstärkt MRT-undersökning med standarddos (0,1 mmol/kg kroppsvikt) och förhöjd dos (0,3 mmol/kg kroppsvikt) av Gadodiamide injection jämfördes. Sexton patienter med åtminstone två metastaser, upptäckta vid kontrastförstärkt datortomografi-undersökning, undersöktes vidare med MRT. Högdos MRT-undersökning visade statistiskt signifikant fler och mindre metastaser än någon annan undersökning och gav en högre diagnostisk säkerhet. MRT-undersökning med förhöjd dos Gadodiamide injection är ett effektivt sätt att öka möjligheterna att upptäcka hjärnmetastaser.



Delarbete V



Standard och förhöjd dos av gadolinium-kontrastmedel vid MRT-undersökning av patienter med återkommande eller kvarstående symtom efter kirurgi för ländryggsdiskbråck jämfördes. Först bedömdes bilderna från de två dosnivåerna parvis men utan att man kände till dosen. Sex månader senare bedömdes bilderna igen, utan att man kände till vare sig dosen eller patientens identitet. Vid den parvisa utvärderingen bedömdes högdosundersökningarna som mest givande, med statistisk signifikans. Emellertid kunde vid den senare, helt blinda utvärderingen, inte någon statistisk signifikant skillnad påvisas vad gällde diagnos eller diagnostisk säkerhet mellan de olika dosnivåerna. MRT-undersökning med förhöjd dos gadolinium kontrastmedel ökade sålunda inte den diagnostiska informationen. Högdosbilderna bedömdes som mer givande när utvärderingen skedde parvis, men gav ingen ny eller annorlunda diagnostisk information när utvärdering skedde separat.

• author: Åkeson, Per
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Ekholm, Sven, University of Gothenburg, Sweden
• organization: Radiology Diagnostics, Malmö (research group)
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: Clinical physics, Phantom study., Comparative study, Human, Time dependence, Dosage, Enhancement, Gadolinium, MRI contrast media, Contrast media, Magnetic resonance imaging, Spine, Brain neoplasms, secondary, Brain, radiology, tomography, medical instrumentation, Klinisk fysiologi, radiologi, tomografi, medicinsk instrumentering
• pages: 38 pages
• defense location: University Hospital of Lund, Sweden
• defense date: 1996-05-30 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMED/(MEXL-1032)/1996
• language: English
• LU publication?: yes
• id: b0efe9eb-e9f1-4a7e-b5cd-36e8cd71ea0e (old id 28462)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:16:02
• date last changed: 2018-11-21 21:09:58