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Feasibility of glioblastoma tissue response mapping with physiologic BOLD imaging using precise oxygen and carbon dioxide challenge

  • 07.12.2021
  • Research Article
Erschienen in:

Abstract

Objectives

Innovative physiologic MRI development focuses on depiction of heterogenous vascular and metabolic features in glioblastoma. For this feasibility study, we employed blood oxygenation level-dependent (BOLD) MRI with standardized and precise carbon dioxide (CO2) and oxygen (O2) modulation to investigate specific tumor tissue response patterns in patients with newly diagnosed glioblastoma.

Materials and methods

Seven newly diagnosed untreated patients with suspected glioblastoma were prospectively included to undergo a BOLD study with combined CO2 and O2 standardized protocol. %BOLD signal change/mmHg during hypercapnic, hypoxic, and hyperoxic stimulus was calculated in the whole brain, tumor lesion and segmented volumes of interest (VOI) [contrast-enhancing (CE) − tumor, necrosis and edema] to analyze their tissue response patterns.

Results

Quantification of BOLD signal change after gas challenges can be used to identify specific responses to standardized stimuli in glioblastoma patients. Integration of this approach with automatic VOI segmentation grants improved characterization of tumor subzones and edema. Magnitude of BOLD signal change during the 3 stimuli can be visualized at voxel precision through color-coded maps overlayed onto whole brain and identified VOIs.

Conclusions

Our preliminary investigation shows good feasibility of BOLD with standardized and precise CO2 and O2 modulation as an emerging physiologic imaging technique to detail specific glioblastoma characteristics. The unique tissue response patterns generated can be further investigated to better detail glioblastoma lesions and gauge treatment response.
Titel
Feasibility of glioblastoma tissue response mapping with physiologic BOLD imaging using precise oxygen and carbon dioxide challenge
Verfasst von
Vittorio Stumpo
Martina Sebök
Christiaan Hendrik Bas van Niftrik
Katharina Seystahl
Nicolin Hainc
Zsolt Kulcsar
Michael Weller
Luca Regli
Jorn Fierstra
Publikationsdatum
07.12.2021
Verlag
Springer International Publishing
Erschienen in
Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine / Ausgabe 1/2022
Print ISSN: 0968-5243
Elektronische ISSN: 1352-8661
DOI
https://doi.org/10.1007/s10334-021-00980-7
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