Cent Eur Neurosurg 2002; 63(1): 23-28
DOI: 10.1055/s-2002-31579
Originalarbeiten

© Johann Ambrosius Barth

Comparative follow-up of enhancement phenomena with MRI and Proton MR Spectroscopic Imaging after intralesional immunotherapy in glioblastoma

Report of two exceptional casesAnreicherungsphänomene nach intratumoraler Immuntherapie bei Glioblastomen in der vergleichenden Verlaufskontrolle durch MRT und Proton-MR Spektroskopie
Darstellung von zwei außergewöhnlichen Fällen
F. W. Floeth1 , H.-J. Wittsack2 , V. Engelbrecht2 , F. Weber1
  • 1 Neurochirurgische Klinik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
  • 2 Institut für Diagnostische Radiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Further Information

Publication History

Publication Date:
27 May 2002 (online)

Zusammenfassung:

Das morphologische Merkmal der Kontrastmittelanreicherung im Magnet-Resonanz-Tomogramm (MRT) bei Glioblastomen ist unspezifisch und metabolische Untersuchungen können bei der Differenzierung von tumorösen und nicht tumorösen Anreicherungsphänomenen hilfreich sein. Infolge lokaler Therapieverfahren treten sekundäre Gewebsveränderungen auf und insbesondere nach intratumoraler Immun- und Gentherapiebehandlung wurden unspezifische, nicht tumoröse Anreicherungsphänomene beschrieben. Die Magnet-Resonanz-Spektroskopie (MRS) gibt Aufschluß über den Gehalt bestimmter Stoffwechselprodukte in einem verdächtigen Gewebe und hilft so bei der Abgrenzung von tumoröser versus nicht tumoröser Kontrastanreicherung. Wir zeigen die Ergebnisse von zwei Glioblastom-Patienten mit parallelen Verlaufsuntersuchungen durch MRT und MRS nach Resektion, Bestrahlung, intratumoraler Immuntherapie mit Interleukin-4-Toxin und laufender Chemotherapie.

In MRT zeigte sich bei beiden Patienten eine ausgedehnte und zunehmende Kontrastanreicherung mit hochgradigem Verdacht auf ein rasch progredientes Lokalrezidiv. In den gleichzeitig durchgeführten MRS-Untersuchungen fand sich dagegen keine Erhöhung der Cholinkonzentration, so daß das Vorliegen vitalen Tumorgewebes in den anreichernden Arealen wenig wahrscheinlich war. Die laufende Chemotherapie wurde fortgesetzt und in den weiteren Kontrolluntersuchungen verschwanden die Kontrastanreicherungen nahezu vollständig. Bei vorbehandelten Glioblastomen kann die MR-Spektroskopie zur Unterscheidung von tumorösen und nicht tumorösen Anreicherungsphänomenen nach lokaler Immuntoxinbehandlung beitragen und die weitere Behandlungsplanung unterstützen.

Summary

The morphologic pattern of contrast enhancement in magnetic resonance imaging (MRI) of glioblastoma patients could be non specific and metabolic investigations can be useful for the differenciation of tumorous and non tumorous enhancement. Following initial therapy secondary tissue changes can occur and non specific non tumorous enhancement phenomena have been observed after local immuno- and gene therapy strategies. Magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) has the potential to give more specific information on the metabolism of the suspective tissue and to differentiate enhancing phenomena. We demonstrate two cases of patients suffering from a glioblastoma with simultaneous MRI and MRSI follow-up after multimodal treatment with surgery, radiation, intralesional immunotherapy (IL-4 toxin) and ongoing chemotherapy.

MRI demonstrated extensive and increasing enhancement. This was highly suspicious of rapid progressive local tumor recurrency in both patients. Simultaneously obtained MRSI did not show the expected result of extensive and increasing choline concentration within these enhancing areas. This indicated that the enhancement did most likely not reflect vital tumor tissue. Chemotherapy treatment was continued and further MRI follow up revealed nearly complete regression of all enhancement.

In pretreated glioblastoma metabolic data of MRSI seem to be potentially helpful to differentiate tumorous and non tumorous enhancement phenomena after local immunotherapy, which might be useful for further treatment decisions.

References

  • 1 Albert F K, Forsting M, Sartor K, Adams H P, Kunze S. Early postoperative magnetic resonance imaging after resection of malignant glioma: Objective evaluation of residual tumor and its influence on regrowth and prognosis.  Neurosurgery. 1994;  34 45-61
  • 2 Bottomley P A. Spatial localization in NMR spectroscopy in vivo.  Ann NY Acad Sci. 1987;  508 333-348
  • 3 Barker F G, Chang S M, Valk P E, Pound T R, Prados M D. 18-Fluorodeoxyglucose uptake and survival of patients with suspected recurrent malignant glioma.  Cancer. 1997;  79 115-126
  • 4 Davis W K, Boyko O B, Hoffman J M, Hanson M W, Schold S C, Burger P C, Friedman A H, Coleman R E. [18F]2-fluoro-2-deoxyglucose-positron emission tomography correlation of gadolinium-enhanced MR imaging of central nervous system neoplasia.  AJNR. 1993;  14 515-523
  • 5 Deliganis A V, Baxter A B, Berger M S, Marcus S G, Maravilla K R. Serial MR in gene therapy for recurrent glioblastoma: initial experience and work in progress.  AJNR. 1997;  18 1401-1406
  • 6 Duyn J H, Gillen J, Sobering G, van Zijl P C, Moonen C T. Multisection proton MR spectroscopic imaging of the brain.  Radiology. 1993;  188 277-282
  • 7 Fulham M J, Bizzi A, Dietz M J, Shih H H, Raman R, Sobering G S, Frank J A, Dwyer A J, Alger J R, Di Chiro G. Mapping of brain tumor metabolites with proton MR spectroscopic imaging: clinical relevance.  Radiology. 1992;  185 675-686
  • 8 Fulham M J, Di Chiro G. Neurologic PET and SPECT. in Harbert T, Eckelman W, Neumann R, Eds.: Textbook of Nuclear Medicine Basel: Thieme 1996: 361-385
  • 9 Herholz K, Pietrzyk U, Voges J, Schroder R, Halber M, Treuer H, Sturm V, Heiss W D. Correlation of glucose consumption and tumor cell density in astrocytomas. A stereotactic PET study.  J Neurosurg. 1993;  79 853-858
  • 10 Kaibara T, Tyson R L, Sutherland G R. Human cerebral neoplasms studied using MR spectroscopy: a review.  Biochem Cell Biol. 1998;  76 477-486
  • 11 Kim C0 K, Alavi J B, Alavi A, Reivich M. New grading system of cerebral gliomas using positron emission tomography with F-18 fluorodeoxyglucose.  J Neurooncol. 1991;  10 85-91
  • 12 Kinoshita Y, Kajiwara H, Yokota A, Koga Y. Proton magnetic resonance spectroscopy of brain tumors: an in vitro study.  Neurosurgery. 1994;  35 ((4)) 606-613
  • 13 Levivier M, Goldman S, Pirotte B, Brucher J M, Baleriaux D, Luxen A, Hildebrand J, Brotchi J. Diagnostic yield of stereotactic brain biopsy guided by positron emission tomography with [18F]fluorodeoxyglucose.  J Neurosurg. 1995;  82 445-452
  • 14 Luyten P R, Marien A JH, Heindel W, van Gerwen P H, Herholz K, den Hollander J A, Friedmann G, Heiss W D. Metabolic imaging of patients with intracranial tumors: 1H MR spectroscopic imaging and PET.  Radiology. 1990;  176 791-799
  • 15 Michaelis T, Merboldt K D, Bruhn H, Hanicke W, Frahm J. Absolute concentrations of metabolites in the adult human brain in vivo: quantification of localized proton MR spectra.  Radiology. 1993;  187 219-227
  • 16 Negendank W G, Sauter R, Brown T R, Evelhoch J L, Falini A, Gotsis E D, Heerschap A, Kamada K, Lee B CP, Mengeot M M, Moser E, Padavic-Shaller K A, Sanders J A, Spraggins T A, Stillman A E, Terwey B, Vogl T J, Wicklow K, Zimmerman R A. Proton magnetic resonance spectroscopy in patients with glial tumors: a multicenter study.  J Neurosurg. 1996;  84 449-458
  • 17 Ott D, Hennig J, Ernst T. Human brain tumors: assessment with in vivo proton MR spectroscopy.  Radiology. 1993;  186 745-752
  • 18 Poptani H, Gupta R K, Roy R, Pandey R, Jain V K, Chhabra D K. Characterization of intracranial mass lesions with in vivo proton MR spectroscopy.  AJNR. 1995;  16 1593-1603
  • 19 Preul M C, Caramanos Z, Villemure J G, Shenouda G, LeBlanc R, Langleben A, Arnold D L. Using proton magnetic resonance spectroscopic imaging to predict in vivo the response of recurrent malignant gliomas to tamoxifen chemotherapy.  Neurosurgery. 2000;  46 ((2)) 306-318
  • 20 Preul M C, Leblanc R, Caramanos Z, Kasrai R, Narayanan S, Arnold D L. Magnetic resonance spectroscopy guided brain tumor resection: differentiation between recurrent glioma and radiation change in two diagnostically difficult cases.  Can J Neurol Sci. 1998;  25 13-22
  • 21 Preul M C, Caramanos Z, Collins D L, Villemure J G, Leblanc R, Olivier A, Pokrupa R, Arnold D L. Accurate, noninvasive diagnosis of human brain tumors by using proton magnetic resonance spectroscopy.  Nature Med. 1996;  2 323-325
  • 22 Ram Z, Culver K W, Oshiro E M, Viola J J, De Vroom H L, Otto E, Long Z, Chiang Y, McGarrity G J, Muul L M, Katz D, Blaese R M, Oldfield E H. Therapy of malignant brain tumors by intratumoral implantation of retroviral vector-producing cells.  Nature Medicine. 1997;  3 1354-1361
  • 23 Ramesh R, Marrogi A J, Freeman S M. Tumor killing using the HSV-tk suicide gene.  Gene Ther Mol Biol. 1998;  1 253-263
  • 24 Schifter T, Hoffman J M, Hanson M W, Boyko O B, Beam C, Paine S, Schold S C, Burger P C, Coleman R E. Serial FDG-PET studies in the prediction of survival in patients with primary brain tumors.  J Comput Assist Tomogr. 1993;  17 509-516
  • 25 Segebarth C M, Balériaux D F, Luyten P R, den Hollander J A. Detection of metabolic heterogeneity of human intracranial tumors in vivo by 1H NMR spectroscopic imaging.  Magn Reson Med. 1990;  13 62-76
  • 26 Shand N, Weber F, Mariani L, Bernstein M, Gianella-Borradori A, Long Z, Sorensen A G, Barbier N. A phase 1-2 clinical trial of gene therapy for recurrent glioblastoma multiforme by tumor transduction with the herpes simplex thymidine kinase gene followed by ganciclovir.  Hum Gene Ther. 1999;  10 2325-2335
  • 27 Shimizu H, Kumabe T, Tominaga T, Kayama T, Hara K, Ono Y, Sato K, Arai N, Fujiwara S, Yoshimoto T. Noninvasive evaluation of malignancy of brain tumors with proton MR spectroscopy.  AJNR. 1996;  17 737-747
  • 28 Smith M M, Thompson J E, Castillo M, Cush S, Mukherji S K, Miller C H, Quattrocchi K B. MR of recurrent high-grade astrocytomas after intralesional immunotherapy.  AJNR. 1996;  17 1065-1071
  • 29 Tedeschi G, Lundbom N, Raman R, Bonavita S, Duyn J H, Alger J R, Di Chiro G. Increased choline signal coinciding with malignant degeneration of cerebral gliomas: a serial proton magnetic resonance spectroscopy imaging study.  J Neurosurg. 1997;  87 516-524
  • 30 Usenius J PR, Kauppinen R A, Vainio P A, Hernesniemi J A, Vapalaht M P, Paljawi L A, Soimakallio S. Quantitative metabolite patterns of human brain tumors: detection by 1H NMR spectroscopy in vivo and in vitro.  J Comput Assist Tomogr. 1994;  18 705-713
  • 31 Zimmerman R A. Imaging of adult central nervous system primary malignant gliomas. Staging and follow up.  Cancer. 1991;  67 1278-1283

Dr. Frank W. Floeth

Neurochirurgische Klinik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Moorenstraße 5

40225 Düsseldorf

Phone: + 49-211-811-7921

Fax: + 49-211-811-7928

Email: floethf@uni-duesseldorf.de

    >