De waarde van whole body MRI, dynamic contrast enhanced MRI en diffusion weighted imaging voor diagnose, prognose en follow-up van multipel myeloom.

Transcriptie

1 FACULTEIT GENEESKUNDE EN GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN Academiejaar De waarde van whole body MRI, dynamic contrast enhanced MRI en diffusion weighted imaging voor diagnose, prognose en follow-up van multipel myeloom. Matthias VANDERKERKEN Promotor: Prof. Dr. K. Verstraete Scriptie voorgedragen in de 2 de Master in het kader van de opleiding MASTER IN DE GENEESKUNDE

2 De auteur(s) en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie. 3 mei 2012 Matthias Vanderkerken Prof. dr. K. Verstraete

3 VOORWOORD Met voldoening stel ik U mijn masterproef voor, het resultaat van een twee jaar durend experimenteel onderzoek. De interesse en motivatie die sinds het begin aanwezig waren, hebben hun vruchten afgeworpen. Het was een uitdagende opgave om uit een enorme database, die in 2005 werd opgestart, de correcte conclusies te trekken en aan de hand daarvan de pathofysiologie van multipel myeloom te ontsluieren. Ik hoop dat de resultaten van mijn zoektocht anderen kunnen prikkelen om nader onderzoek te verrichten. Mijn dank gaat uit naar prof. dr. K. Verstraete, voor zijn voortdurende ondersteuning, snelle beschikbaarheid, en zijn enthousiasme bij het genereren van hypothesen. Verder wens ik nog een aantal personen te bedanken die deze scriptie mee tot een goed einde brachten. Prof. dr. F. Offner en prof. dr. L. Noens voor de medewerking aan het onderzoek en de beschikbaarheid van hematologische data. Julie Dutoit en Evelien Christaens voor het aanleren van de werkwijze en alle hulp. Ann-Sophie Beerens voor de constructieve samenwerking en Pieter Vandemaele voor de technische ondersteuning. Tot slot mijn vriendin Nele voor het kritisch nalezen van deze masterproef.

4 AFKORTINGEN ADC CT DCE DWI FISH FLC G-CSF Gd IL IMWG ISS MGUS MM MRI MVD PC PET RBM ROC ROI SI SMM SPSS SSFP STIR TIC UZ VEGF WB-MRI Apparent Diffusion Coefficient Computed Tomography Dynamic Contrast Enhanced Diffusion Weighted Imaging FISH Fluorescentie In Situ Hybridisatie FLC Free Light Chains G-CSF Granulocyte Colony-stimulating Factor Gadolinium Interleukine International Myeloma Working Group International Staging Systeem Monoclonal Gammopathy of Unknown Significance Multipel Myeloom Magnetic Resonance Imaging Microvasculaire Densiteit Plasmacellen Positron Emissie Tomografie Rood Beenmerg Receiver Operating Characteristic Region Of Interest Signaalintensiteit Smouldering Myeloom Statistical Package for the Social Sciences Steady State Free Precession Short Tau Inversion Recovery Time Intensity Curve Universitair Ziekenhuis Vascular Endothelial Growth Factor Whole Body Magnetic Resonance Imaging

5 ABSTRACT INLEIDING. Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is de beste beeldvormingstechniek om aantasting van het beenmerg door multipel myeloom op te sporen. Het doel van dit onderzoek is de waarde van drie nieuwe MRI-toepassingen, met name whole-body MRI (WB-MRI), dynamic contrast enhanced (DCE) MRI en diffusiegewogen beeldvorming (DWI) met betrekking tot de diagnose, prognose en followup van multipel myeloom te evalueren. MATERIALEN EN METHODEN. Een cohorte van 309 patiënten onderging in totaal 598 MRI onderzoeken, die WB-MRI, DCE-MRI en DWI omvatten. Het gaat om patiënten met een diagnose of vermoeden van multipel myeloom (MM) of voorstadium die werden doorverwezen voor MRI in het UZ Gent. Een skeletscore werd opgesteld om de aantasting op T1 en T2 gewogen beelden te kwantificeren. Semikwantitatieve DCE-parameters werden afgeleid via de region of interest (ROI) methode. De amplitude en slope van de wash-in en wash-out fase, en de time to peak (TTP) werden berekend a.d.h.v. tijdintensiteitscurves (TIC) van wervel L3. Zes ADC beelden werden samengesteld met verschillende combinaties van b-waarden, waarop telkens de mediane ADC van L3werd berekend. Deze variabelen werden retrospectief vergeleken met laboratoriumwaarden en histologisch onderzoek. RESULTATEN. De sensitiviteit van WB-MRI, DCE-MRI en DWI voor de detectie van nieuw MM bedroeg respectievelijk 98,2%; 92,7% en 73,5%. De skeletscore stijgt bij een toenemend aantal plasmacellen op beenmergbiopsie (P<0,001). De slope-in en amplitude-in zijn de gevoeligste DCE parameters en kunnen MGUS, actief MM en MM in remissie onderscheiden. Ze correleren met de beenmerg plasmocytose en serum β 2 -microglobuline en verschillen tussen de ISS stadia (voor alle is P<0,001). De mediane ADC 600 is gestegen bij MM en verschilt significant tussen MGUS en MMpatiënten (P = 0,005). De mediane ADC waarden correleren significant met de plasmocytose, β 2 - microglobuline, en verschillen tussen ISS stadia. De ADC 600 en 1000 zijn de beste DWI parameters. Een goede respons op autologe stamceltransplantatie (ASCT) wordt gekarakteriseerd door een daling van de slope-in en amplitude-in (P<0,001), en een stijging van de TTP (P = 0,046). De ADC 200 (P = 0,028), ADC 400 (P = 0,046) en ADC 600 (P = 0,046) waren significant gedaald 100 dagen tot 1 jaar na ASCT. Voor geen enkele beeldvormingsparameter correleerde het verschil tussen waarden voor en na therapie significant met de afname in plasmocytose of serum monoklonaal eiwit. DISCUSSIE. WB-MRI kan op gevoelige wijze activiteit van MM opsporen. MRI beeldvorming heeft een belangrijke impact op het klinisch beleid. DCE-MRI toont de neo-angiogenese aan die MM onderscheidt van de asymptomatische voorstadia, en is ook zeer sensitief. Semikwantitatieve parameters kunnen gebruikt worden voor de evaluatie van de respons op therapie. Ook DWI is waardevol voor prognose en follow-up. Er is een lineaire relatie tussen de plasmocytose en ADC waarden in het beenmerg. Verder onderzoek naar de ADC waarden van normaal en pathologisch beenmerg is noodzakelijk, aangezien ze inzicht geven in de gebeurtenissen op microscopisch niveau.

6 INHOUDSTAFEL INLEIDING... 1 I. MULTIPEL MYELOOM... 1 I.1 Definitie... 1 I.2 Epidemiologie... 1 I.3 Pathogenese... 1 I.3.1 Etiologie... 1 I.3.2 Pathofysiologie... 2 I Normale B-cel ontwikkeling... 2 I Genetica... 2 I Rol van de beenmerg micro-omgeving... 3 I Ontstaan van botletsels... 4 I Angiogenese... 4 I.4 Diagnose... 4 I.4.1 Klinisch beeld... 4 I.4.2 Diagnostische criteria... 6 I.5 Risicostratificatie en prognose... 6 I.5.1 Staging... 6 I.5.2 Andere prognostische factoren... 6 I.5.3 Precursor stadia... 7 I.6 Therapie... 7 I.7 Follow-up... 9 II. BEELDVORMING BIJ MULTIPEL MYELOOM II.1 Radiografie II.2 Botscintigrafie II.3 Computed tomography (CT) II.4 Positron emissie tomografie (PET) en MIBI scan II.5 Whole body MRI II.5.1 Principe II.5.2 Toepassing II.6 Diffusion weighted imaging (DWI) II.6.1 Principe II.6.2 Toepassing II.7 Dynamic contrast enhanced (DCE) MRI II.7.1 Principe II.7.2 Toepassing MATERIALEN EN METHODEN I. ONDERSZOEKSDESIGN I.1 Onderzoekspopulatie I.2 Variabelen I.3 Methoden I.3.1 Whole body MRI I.3.2 dynamic contrast enhanced MRI I.3.3 Diffusie gewogen beeldvorming II. STATISTISCHE ANALYSE III. VOORGAANDE MASTERPROEVEN III.1 Whole body MRI III.2 DCE-MRI III.3 DWI IV. VRAAGSTELLING... 23

7 RESULTATEN I. DIAGNOSE I.1 Whole body MRI I.2 DCE-MRI I.3 DWI II. PROGNOSE II.1 DCE-MRI II.2 DWI III. FOLLOW-UP IV. KLINISCHE WAARDE DISCUSSIE I. DIAGNOSE EN PROGNOSE I.1 Whole body MRI I.2 DCE-MRI I.3 DWI II. FOLLOW-UP NA AUTOLOGE STAMCELTRANSPLANTATIE II.1 DCE-MRI II.2 DWI III. TOEPASSING IN DE KLINISCHE PRAKTIJK IV. BEPERKINGEN VAN HET ONDERZOEK REFERENTIES BIJLAGEN... 55

8 INLEIDING I. Multipel myeloom I.1 Definitie Multipel myeloom of de ziekte van Kahler is een hematologische maligniteit, gekenmerkt door ongecontroleerde proliferatie van kwaadaardige plasmacellen in het beenmerg. Het geeft een typisch monoklonaal eiwit in bloed of urine, en komt klinisch tot uiting door lytische botletsels, anemie, hypercalcemie, nierfalen en een verhoogde vatbaarheid voor infecties. Bijna altijd ontstaat multipel myeloom (MM) uit monoklonale gammopathie van onzekere betekenis (MGUS), een asymptomatisch voorstadium.(1-4) I.2 Epidemiologie Multipel myeloom vormt 1% van alle neoplastische aandoeningen en 10-15% van alle hematologische maligniteiten. Het staat in voor 2% van alle kankermortaliteit. Het lifetime risico op MM bedroeg 0,63% in 2010.(5) De voor leeftijd gestandaardiseerde incidentie in de Verenigde Staten ligt tussen 4,3 en 5,5 per (6, 7) Er kan geen significante trend worden aangetoond over een periode van 56 jaar. De mediane leeftijd bij diagnose bedraagt 66 tot 70 jaar, en slechts 2% krijgt de ziekte voor de leeftijd van 40.(7, 8) Europese studies geven vergelijkbare resultaten. De ziekte komt vaker voor bij mannen, bij familiale antecedenten van MGUS of MM, en bij het Afro-Amerikaanse ras is het dubbel zo frequent (incidentie 11,2/ ).(9) De prevalentie van MGUS stijgt met toenemende leeftijd. Bij de populatie ouder dan 50 heeft 3% MGUS, boven 70 jaar is dat 5%.(10-12) Jaarlijks evolueert 1% hiervan naar multipel myeloom.(4, 13) Smouldering myeloom (SMM) is een intermediair stadium; een asymptomatische, maar verder gevorderde premaligne fase met een grotere kans op overgang naar MM. Gedurende de eerste 5 jaar vertoont 10% progressie, gedurende de volgende 3 jaar 5%, nadien neemt de kans af tot die van MGUS. Ongeveer 15% van alle nieuw gediagnosticeerde multipel myelomen zijn in feite SMM.(8, 14) I.3 Pathogenese I.3.1 ETIOLOGIE De oorzaak van multipel myeloom blijft ongekend. Oudere leeftijd, mannelijk geslacht, raciale predispositie (meer bij zwarten), en ook een familiale voorgeschiedenis van MGUS of MM geven een verhoogd risico op het ontwikkelen van MM.Voor andere associaties blijft bewijs schaars.(15, 16) Veel onderzoek werd verricht naar de invloed van omgevingsfactoren. Therapeutische radiatie geeft een lichte verhoging van het risico jaar na blootstelling. Diagnostische röntgenstralen hebben geen invloed.(8) Er is geen overtuigende evidentie dat blootstelling aan atoombommen op Hiroshima en Nagasaki leidde tot een verhoogd risico op MM.(8, 17, 18) Blootstelling aan pesticiden verdubbelt 1

9 de kans op MGUS.(19) Er kon geen causaal verband worden aangetoond tussen MM en blootstelling aan benzeen, diesel uitstoot, tabak of alcohol, noch is er een invloed van socio-economische factoren.(8) Obesitas verhoogt het risico op MM met factor 1,9.(20) Ook de rol van chronische antigenische stimulatie in de pathogenese werd onderzocht, dit blijft echter controversieel.(5, 8) I.3.2 PATHOFYSIOLOGIE Transformatie tot een maligne neoplasie ontstaat door meerdere wijzigingen in het genetisch materiaal en de micro-omgeving.(2) Ontrafeling van de pathogenese leidt onder meer tot nieuwe therapeutische doelwitten en betere prognostische stratificatie. I Normale B-cel ontwikkeling De eerste herkenbare B-lymfocyt is de pro-b cel. Bij succesvolle herschikking van de zware keten van het immunoglobulinegen wordt hij pre-b cel genoemd. Na herschikking van ook de lichte ketens (immature B lymfocytstadium) differentieert de cel verder, exprimeert IgM op de celmembraan, en migreert als naïeve B lymfocyt via het bloed naar secundaire lymfoïde weefsels. Hier wordt de cel geactiveerd na contact met antigeen-presenterende cellen, dit leidt tot proliferatie en differentiatie tot plasmablast. In de kiemcentra resulteert verdere antigenische stimulatie in actieve hypermutatie van de IgH en IgL variabele domeinen. Dit leidt tot clonale selectie met immunoglobulines van hoge affiniteit. Deze cellen blijven ofwel IgM produceren en leven verder als geheugencellen, of differentiëren tot postgerminale plasmablasten die isotype switch naar voornamelijk IgG en IgA ondergaan. Ze migreren naar het beenmerg, vormen daar langlevende plasmacellen, en secreteren grote hoeveelheden antilichamen.(21) I Genetica Multipel myeloom ontstaat door ongecontroleerde proliferatie van monoklonale plasmacellen. Het is onduidelijk in welk stadium van de normale B-lymfocyt ontwikkeling de eerste oncogene gebeurtenis plaatsvindt. De myeloomcellen vertonen echter alle kenmerken van postfolliculaire B cellen. Dit werd aangetoond door analyse van het variabel segment van de IgH genlocus van maligne myeloomcellen. Homogene, gemuteerde klonale sequenties wijzen op het doormaken van somatische hypermutatie in de kiemcentra van de lymfoïde follikels. In de meeste gevallen wordt een ander isotype dan IgM gesecreteerd, wat isotype switch aantoont. Dit wijst erop dat cruciale oncogene gebeurtenissen in de MM cellen ofwel na de antigen selectie plaatsvinden, ofwel de normale differentiatie van B cellen niet verstoren.(5, 21) Cytogenetisch en moleculair genetisch onderzoek tonen aan dat chromosomale afwijkingen in bijna alle gevallen van MM aanwezig zijn. Vaak zijn de karyotypes erg complex, maar twee cytogenetische categorieën kunnen worden onderscheiden: hyperdiploïdie (gedefinieerd als de aanwezigheid van 2

10 multipele trisomieën) en nonhyperdiploidie. De transformatie tot MM is een multistep proces, waarbij accumulerende genetische aberraties de evolutie van MGUS tot MM sturen. Vroege chromosomale translocaties ontstaan ter hoogte van de IgH genlocus op 14q32, waardoor juxtapositie van oncogenen en de promotor regio van het IgH gen kan ontstaan, met activatie van oncogenen. Reciproke translocaties gebeuren meest frequent met 11q13, 4p16.3,16q23 en 6p21. IgH translocaties zijn aanwezig in ongeveer 50% van de MGUS populatie, 60-75% in MM, en meer dan 80% van patiënten met plasmacelleukemie. De frequentste oorzaak van hypodiploidie is deletie van chromosoom 13q. (5, 21) Secundaire translocaties en genmutaties zijn onder andere complexe karyotypische afwijkingen in MYC, de activatie van NRAS en KRAS, mutaties in FGFR3 en TP53, RB1 en PTEN, de inactivatie van cycline-dependente kinase inhibitoren CDKN2A en CDKN2C. Ook epigenetische disregulatie zoals veranderde microrna expressie en DNA-hypermethylering kan voorkomen. (2, 3, 21, 22) Genetische aberraties kunnen de expressie van adhesiemoleculen op de myeloomcellen wijzigen, alsook de respons op groeistimuli in de micro-omgeving. Interacties tussen myeloomcellen en stromale cellen uit het beenmerg of de extracellulaire matrix worden gemedieerd via receptoren aan de celmembraan (bv. integrines, cadherines, selectines, en celadhesie moleculen). Deze interacties reguleren de tumorgroei, overleving, migratie en resistentie.(2, 23) I Rol van de beenmerg micro-omgeving De belangrijke rol van de micro-omgeving op de verdere ontwikkeling van een maligne kloon en de progressie tot multipel myeloom blijkt uit de schaarse genomische verschillen tussen MGUS en MM.(3) De belangrijkste componenten zijn adhesiemoleculen en cytokines. Myeloomcellen exprimeren intercellulaire adhesiemoleculen (ICAM), en kunnen zo aan de extracellulaire matrix en stromale cellen in het beenmerg (BMSC) binden. Adhesie aan hematopoietische en stromale cellen verloopt via VLA-4 en ICAM-1. Deze interactie stimuleert de transcriptie en secretie van cytokines en groeifactoren door stromale cellen, en is nodig voor de homing van plasmacellen (d.w.z. het intramedullair blijven). Interleukine 6 (IL-6), vascular endothelial growth factor (VEGF), insulin like growth factor 1 (IGF-1), tumor necrosis factor α (TNFα) en B-cel activating factor (BAFF) zijn de voornaamste. IL-6 is betrokken bij de proliferatie van normale plasmablasten en de terminale differentiatie tot niet-delende plasmacellen die grote hoeveelheden immunoglobuline produceren. In MM is IL-6 een proliferatiefactor voor immature myeloomcellen, maar geen differentiatiefactor. Myeloomcellen ontberen terminale differentiatie, produceren veel lagere hoeveelheden immunoglobulines, en kunnen nog steeds delen, zij het aan een laag tempo. IL-6 wordt gesecreteerd door myeloomcellen (autocrien) maar het meeste IL-6 is afkomstig van stromale cellen in respons op adhesie tussen myeloom en beenmergcellen. IL-6 3

11 overproductie door stromale cellen wordt gelinkt aan infectie met Kaposi sarcoma geassocieerd virus (KSHV) van dendritische cellen in beenmerg, maar deze hypothese is zeer omstreden. Adhesie aan extracellulaire matrix proteïnes (collageen, fibronectine, laminine, vitronectin) verloopt via VLA-4 en syndecan-1 op de myeloomcellen en zorgt voor de opregulatie van celcyclusregulerende en anti-apoptotische eiwitten. Evolutie naar plasmacelleukemie wordt gekenmerkt door verminderde expressie van bepaalde adhesiemolecules, waardoor mobilisatie van de tumorcel wordt gefaciliteerd.(2, 3, 5, 21-23) I Ontstaan van botletsels Botletsels zijn het gevolg van een verstoorde balans tussen osteoblasten en osteoclasten. Inhibitie van de Wnt pathway onderdrukt osteoblasten. Myeloomcellen stimuleren de expressie van RANKL en downreguleren OPG en interferon γ, resulterend in activatie van osteoclasten. Ook de werking van macrofaag inflammatoir proteine 1 α (MIP1α) stimuleert osteoclasten. Geactiveerde osteoclasten resorberen bot en resulteren in vrijstelling van IL-6, dat op zijn beurt immature myeloomcellen verder stimuleert. Zodoende ontstaat een vicieuze cirkel waarin tumorale proliferatie en osteclastische activatie elkaar in stand houden.(5, 24) I Angiogenese Angiogenese speelt een belangrijke rol bij multipel myeloom. Meer dan een epifenomeen van tumorale groei, is het waarschijnlijk een drijvende kracht voor progressie. De secretie van proangiogene moleculen (voornamelijk VEGF, IL-6) door stromale cellen induceert neoangiogenese. De bloedvaten hebben een abnormale structuur. De microvasculaire densiteit (MVD) van het beenmerg is prognostisch relevant, en is een goede predictor van complete respons.(25, 26) I.4 Diagnose I.4.1 KLINISCH BEELD Smouldering myeloom, monoklonale gammopathie van onbekende betekenis en multipel myeloom worden gekenmerkt door een verhoogd (> 5%) aantal plasmacellen in het beenmerg. Op serumelektroforese is meestal een monoklonale extrafractie aantoonbaar: een piek in het globulinegebied, door hypersecretie van een monoklonaal immunoglobuline (het M proteïne). Per definitie zijn SMM en MGUS asymptomatisch. Zij worden enkel onderscheiden door verschillende grenswaarden voor de M piek en de plasmocytose in het beenmerg. Men spreekt van multipel myeloom wanneer de plasmocytose en de M piek een nog hogere grens overschrijden, of wanneer er tekens van schade aan de eindorganen verschijnen. De vier belangrijkste parameters voor orgaanschade zitten vervat in het acroniem CRAB : hypercalcemie, renale insufficiëntie, anemie en botletsels. 4

12 Kyle et al. (27) analyseerden de presentatie van 1027 patiënten met een nieuwe diagnose van MM. De resultaten zijn samengevat in bijlage 1.5. Anemie en botletsels zijn een direct gevolg van de beenmerginvasie. De myeloomcellen oefenen door hun tumoraal effect, maar vooral ook door hun intercellulaire signalisatie door middel van cytokines en adhesiemoleculen, een suppressief effect uit op het beenmerg. Osteoclastisch overwicht leidt tot focale lytische letsels of meer diffuse osteoporose. Door de toegenomen botresorptie kan hypercalcemie ontstaan. Nierinsufficiëntie kan een gevolg zijn van hypercalcemie, maar kan ook door het bestaan van een zogeheten myeloomnier, waarbij monoklonale lichte ketens in de urine (Bence-Jones proteinurie) een nefrotoxische reactie initiëren, gekenmerkt door tubulaire destructie en interstitiële fibrose. De maligne kloon onderdrukt andere plasmacellen, wat kan resulteren in hypogammaglobulinemie. Er is een verhoogde vatbaarheid voor infecties, voornamelijk enterische gramnegatieve bacillen, Streptococcus pneumoniae, en Haemophilus influenzae. Infecties bij patiënten met MM verdienen vroege en aggressieve behandeling met antibiotica. Neurologische symptomen kunnen ontstaan door compressie van zenuwen of de medulla spinalis. Radiculaire pijnsyndromen, parese of paralyse van de onderste ledematen, en urinaire of fecale incontinentie kunnen voorkomen. De diagnose wordt gesteld via MRI, en snelle interventie is aangewezen. Perifere neuropathie is zeldzaam en wordt meestal veroorzaakt door amyloidose. In tegenstelling tot Waldenström macroglobulinemie, geeft MM zelden aanleiding tot symptomen van hyperviscositeit. Amyloidose is een klinisch syndroom gekenmerkt door extramedullaire depositie van onoplosbare proteïnes. Bij nieuw gediagnosticeerde MM patiënten zou 3% klinische tekens van amyloidose vertonen. Asymptomatische amyloidose (op basis van subcutaan vet, rectale en beenmergbiopten) is veel frequenter: 35%. Klinisch komt het tot uiting door carpaal tunnel syndroom of oedeem ten gevolge van nefrotisch syndroom, cardiomyopathie, macroglossie. Een M piek is aanwezig op eiwitelektroforese bij 80%, 10% heeft hypogammaglobulinemie, en de rest heeft een normaal patroon. Immuno-elektroforese en immunofixatie zijn gevoeliger en kunnen bij meer dan 90% een paraproteïne aanduiden. Het gaat meestal om IgG (55%) en IgA (25%) subtypes, IgD en IgM myelomen zijn zeldzaam. Er bestaan niet-secreterende vormen en tussenvormen waarbij enkel lichte (20%) of zware ketens worden gesecreteerd. Verder is het β 2 -microglobuline gestegen bij driekwart van de MM patiënten, is albumine typisch gedaald (albumine is negatief gecorreleerd met IL-6 spiegels) en is de bezinkingssnelheid gestegen. Ook het totaal eiwit en de plasmaviscositeit kunnen gestegen zijn. Bloedingen komen voor bij multipel myeloom en zijn waarschijnlijk te wijten aan plaatjesdysfunctie of verworven coagulopathie. Thrombopenie is echter zeldzaam in de vroege fasen van de ziekte.(1, 2, 11, 27-30) 5

13 Plasmacelleukemie (de aanwezigheid van minstens /L circulerende plasmacellen) is zeldzaam bij diagnose, maar ontstaat meer frequent secundair in een terminaal stadium van MM. Complexe cytogenetische aberraties zijn de regel en leiden tot een agressief klinisch beeld. Het kan gepaard gaan met organomegalie en kent een slechte prognose. Solitaire plasmocytomen zijn haarden van maligne plasmacellen waarbij geen diffuse invasie van het beenmerg noch klinische of radiologische tekens van uitgebreidere ziekte aanwezig zijn. Ze kunnen intramedullair maar zeldzaam ook extramedullair voorkomen. Extramedullaire plasmocytomen (bv. in lymfeklieren, huid, lever, milt) zijn geassocieerd met hoge waarden van LDH, en een slechte prognose.(30) I.4.2 DIAGNOSTISCHE CRITERIA De criteria voor diagnose van MGUS, smouldering myeloom en multipel myeloom zijn weergegeven in bijlage 1.1. Monoklonale gammopathieën van het IgM subtype en light chain gammopathieën worden onderscheiden als klinisch verschillende entiteiten en hebben licht gewijzigde definities.(31) IgM MGUS kent een predilectie om te evolueren tot Waldenström macroglobulinemie, en toont slechts zelden progressie tot IgM multipel myeloom.(15) I.5 Risicostratificatie en prognose I.5.1 STAGING Tussen 1975 en 2005 gebeurde de staging van multipel myeloom volgens de Durie-Salmon criteria. Naast hemoglobine, calcium en paraproteïnes (in serum en urine) omvatte het Durie-Salmon systeem ook de aanwezigheid van lytische botletsels op radiografie. Nadeel was de interobserver variabiliteit. In 2003 werd dit staging systeem aangepast (Durie-Salmon PLUS) aan nieuwere beeldvormingstechnieken (MRI en FDG-PET). Het International Staging System (ISS) is een eenvoudigere en objectievere classificatie in drie stadia aan de hand van slechts twee courante labotesten: serum β 2 microglobuline en serum albumine. De voorspellende waarde m.b.t. de overleving is goed gevalideerd en wordt weergegeven in bijlage 1.2. I.5.2 ANDERE PROGNOSTISCHE FACTOREN Bepaalde cytogenetische karakteristieken hebben een prognostische waarde in multipel myeloom. Een abnormaal karyotype is ongunstiger dan een normaal karyotype. Aanwezigheid van t(4;14) en t(14;16), 17p deletie, of hypodiploidie is ongunstig. Deze dienen te worden opgespoord d.m.v. fluorescentie in situ hybridisatie (FISH). Karyotypische 13q deletie is ook ongunstig, en heeft therapeutische implicaties: patiënten met deze cytogenetische afwijking tonen een slechte respons op autologe stamceltransplantatie. Hyperdiploidie en t(11,14) geven een gunstigere prognose. Ook leeftijd, hemoglobine concentratie, creatinine, calcium, albumine, immunoglobuline subtype (niet-igg is ongunstig), ernst van de beenmerginvasie, LDH, CRP zijn significant gecorreleerd met de overlevingsduur. Serum FLC hebben prognostische waarde bij zowel MGUS, SMM als MM. De graad 6

14 van neovascularisatie, gemeten via de MVD, is ook prognostisch voor de totale overleving.(32) De functionele status van de patiënt blijkt een zeer goede predictor van de overleving en ook de respons op therapie is bepalend. I.5.3 PRECURSOR STADIA Tot op heden is er geen biologische merker gekend die met zekerheid kan voorspellen of patiënten in een precursor stadium (MGUS en SMM) zullen evolueren naar MM. Twee studiegroepen ontwierpen een model voor risicostratificatie (bijlage 1.3). Het Mayo Clinic risicomodel voor de progressie van MGUS is gebaseerd op abnormaliteiten van de serumeiwitten: een niet-igg isotype, een serum M proteïne >1,5 g/dl en een afwijkende FLC ratio zijn risicofactoren. De Spanish study Group identificeerde aberrante plasmacellen met flowcytometrie. Een verhoogde progressiekans bestaat als 95% van de plasmacellen in het beenmerg aspiraat aberrant is of wanneer het DNA aneuploied is. Voor SMM zijn de merkers voor toegenomen risico een beenmerg-plasmocytose 10%, een M- proteïne 3 g/dl, een verstoorde FLC ratio en respectievelijk toegenomen apc s en/of immunoparese (daling van de niet-maligne gammaglobulines).(15, 31) De aanwezigheid van focale botletsels op MRI bij patiënten uit de precursor stadia impliceert een verhoogd risico op progressie naar MM.(33) I.6 Therapie Voor de asymptomatische precursorstadia MGUS en SMM kan enkel klinische observatie worden aanbevolen. Tot op heden staat voor geen enkele therapie immers vast dat ze de progressie naar MM kan afremmen.(34) Verdere gerandomiseerde studies moeten uitwijzen of subgroepen van smouldering myeloom patiënten (met hoog risico) baat hebben bij therapie met nieuwere agentia (bv. lenalidomide-dexamethasone).(35) Symptomatisch multipel myeloom (aanwezigheid van eindorgaanschade: CRAB) verdient onmiddellijke behandeling. Doel van de therapie is het bereiken van complete respons (CR) als gedefinieerd volgens de IMWG (International Myeloma Working Group), aangezien dit geassocieerd is met langere therapievrije intervallen, betere levenskwaliteit en langere overleving. Inductietherapie gevolgd door hooggedoseerde chemotherapie en stamceltransplantatie geeft de beste resultaten. Of een dergelijk intensieve behandeling kan worden geïnitieerd, is afhankelijk van de leeftijd, de algemene toestand van de patiënt en zijn comorbiditeiten. Waar vroeger de behandeling beperkt was tot corticosteroïden en klassieke chemotherapeutica (bv.melphalan, doxorubicine), hebben nieuwere farmaca, in het bijzonder thalidomide, lenalidomide en bortezomib, de therapeutische opties en de overleving significant verruimd. De werking van de immunomodulatoren thalidomide en lenalidomide is onduidelijk, maar zij bezitten o.a. anti-angiogene eigenschappen. De belangrijkste bijwerkingen zijn de perifere neuropathie (die reageert op dosisverlaging, maar bij velen tot stopzetting van de therapie noodzaakt) en een verhoogd risico op diep 7

15 veneuze trombose. Lenalidomide werd ontworpen als een thalidomide analoog met krachtigere werking maar minder bijwerkingen, maar is in België niet beschikbaar als eerstelijnstherapie. Bortezomib is een inhibitor van het proteasoom, en verstoort het normale intracellulaire eiwitcatabolisme dat noodzakelijk is voor signaaltransductie en regulatie van de celcyclus. Het heeft directe cytotoxische effecten, maar heeft ook effecten op de beenmerg micro-omgeving. Het heeft gastrointestinale nevenwerkingen, en kan ook cytopenie en perifere neuropathie geven.(1) Bij voor transplantatie geschikte patiënten zijn inductieschemata gebaseerd op thalidomide of bortezomib in combinatie met dexamethasone in lage dosis de eerste keuze. Mogelijks is bortezomib dexamethasone de beste optie bij prognostisch slechte cytogenetische kenmerken zoals t(4;14), maar of de therapie aan specifieke risicofactoren van een individuele patiënt kan worden aangepast, is onvoldoende gevalideerd. Een autologe transplantatie volgt dan, na een conditionering met melphalan in hoge dosis. Een tweede (zgn. tandem-) transplantatie kan worden uitgevoerd bij slechte respons na minimaal 12 maanden. Onderhoudsbehandeling met lenalidomide of thalidomide verlengt de progressievrije overleving, maar de impact op de globale overleving is nog onduidelijk.(2, 3, 11, 28, 31, 36, 37) Patiënten die onvoldoende fit zijn voor stamceltransplantatie, worden best behandeld met een combinatie van melphalan, prednisone en thalidomide (MPT) of melphalan, prednisone en bortesomib (MPV). Ook lenalidomide met dexamethasone komt mogelijks in aanmerking voor inductietherapie. Behandeling wordt gestopt bij bereiken van een complete respons (op geleide van het paraproteïne en het percentage plasmacellen op beenmergbiopsie). Er is geen evidentie voor onderhoudstherapie in deze populatie. (38) De respons op therapie wordt gedefinieerd volgens de IMWG criteria (bijlage 1.4). Deze is vooral afhankelijk van de waarde en evolutie van het paraproteïne en het aantal plasmacellen in het beenmerg. Serum FLC assays zijn belangrijk om de respons te beoordelen bij niet-secreterend of light chain myeloom. Herinstellen van therapie voor relaps is weerom gebaseerd op CRAB letsels, het paraproteïne is hier dus niet van primordiaal belang.(28, 36) De therapie bij relaps hangt af van de respons op eerdere therapieën en evt. toxiciteit of tolerantieproblemen. Na een inductie met thalidomide kan worden overgeschakeld naar bortezomib of lenalidomide, in combinatie met dexamethasone. Bij een inductie met bortezomib kan men dan weer overschakelen naar thalidomide of lenalidomide. Ook kunnen combinaties van deze schemata of de incorporatie van chemotherapie (doxorubicine, cyclophosphamide) worden geprobeerd bij refractair myeloom. Allogene transplantatie voor multipel myeloom is mogelijks een optie voor geselecteerde, jonge patiënten met een HLA-gematchte donor. De plaats van allogene transplantatie in MM blijft echter controversieel.(2, 36) 8

16 Erythropoëtine kan worden toegediend als de anemie onvoldoende reageert op de behandeling. Voor botpijn kan men systemische analgesie, lokale radiotherapie of chemotherapie aanwenden. Nietopioide analgetica (type paracetamol) zijn eerste keuze, bij onvoldoende pijnstelling kan men overgaan naar zwakke (codeïne) en sterke (morfine) opioiden. Niet-steroidale anti-inflammatoire farmaca (NSAID) moeten worden vermeden. Bij risico op wervelfracturen, hevige pijn, of dreigende myelumcompressie is lokale radiotherapie geïndiceerd. Indeukingsfracturen kunnen chirurgisch worden gestabiliseerd (percutane vertebroplastie). Hypercalcemie vereist onmiddellijke behandeling met hydratatie, diuretica, glucocorticoïden en bisfosfonaten. Deterioratie van nierinsufficiëntie en het ontwikkelen van een tumor lysis syndroom kan worden voorkomen met adequate hydratatie, alkaliniseren van urine, myeloombehandeling, en behandeling van hyperuricemie, hypercalcemie en infecties. Antibiotische profylaxie kan overwogen worden in de eerste maanden na chemotherapie of transplantatie. Acyclovir profylaxe is nodig bij bortezomib behandeling, antithrombotische profylaxe bij thalidomide. Intraveneuze immunoglobulines zijn een optie bij levensbedreigende infecties of zeer lage IgG spiegels. Bisfosfonaten gaan de osteolyse tegen en verminderen het aantal pathologische fracturen. Ze zijn geïndiceerd bij iedere MM patiënt. Mandibulaire osteonecrose is een gevreesde complicatie en limiteert de duur van de behandeling tot 2 jaar. Recente bevindingen suggereren ook een direct antitumoraal effect van zoledronaat, onafhankelijk van zijn werking op het botmetabolisme, met impact op de overleving.(2, 39, 40) I.7 Follow-up Patiënten met asymptomatisch myeloom worden best elke 3 maand geherevalueerd op basis van klinische parameters, met name de ontwikkeling van myeloom-gerelateerde schade aan eindorganen, het paraproteïne in serum en urine, en FLC ratio bij niet-secreterend of light chain myeloom. Een perifeer bloedonderzoek (PBO) met celtelling, en biochemische evaluatie van creatinine, hemoglobine, calcium, albumine en opsporing van een M-proteïne, alsook een urine analyse, is dan aangewezen. Een volledige oppuntstelling met beenmerg biopsie en beeldvorming van het skelet worden slechts aanbevolen bij een sterk klinisch vermoeden van progressie. De richtlijnen bevelen radiografie aan als screeningsonderzoek voor diagnose. Het follow-up interval kan korter of langer zijn wanneer het een hoog respectievelijk laag risico MGUS of SMM betreft.(28) 9

17 II. Beeldvorming bij multipel myeloom II.1 Radiografie Conventionele radiografie blijft de standaard beeldvormingstechniek om myeloomletsels op te sporen bij diagnose en vormt een essentieel onderdeel van de Salmon-Durie staging criteria. Standaard omvat dit beelden van thorax, schedel, humeri, femora, bekken, en anteroposterieure en laterale incidenties van de gehele wervelzuil. Ongeveer 80% van de MM patiënten heeft zichtbare skeletaantasting op radiografie bij diagnose, in 66% zijn de wervels aangetast. Zodra botletsels zichtbaar zijn, gaat het per definitie over actief MM. De gevoeligheid voor myeloomhaarden in het beenmerg is echter laag, en positieve bevindingen impliceren gevorderde ziekte. Enkel focale osteolyse met een verlies van minstens 30% aan mineraaldensiteit is zichtbaar op overzichtsradiografie. In 90% van de patiënten werd de uitgebreidheid van de merginfiltratie onderschat door radiografie in vergelijking met whole body MRI. Kenmerken van MM zijn punched out lesions ; welomschreven osteolytische letsels waarbij randsclerose typisch ontbreekt, maar ook een diffuse osteopenie, die niet te onderscheiden is van postmenopausale of seniele osteoporose. Met radiografie kunnen pathologische fracturen worden herkend, en kan het fractuurrisico in lange beenderen worden ingeschat. De initiële uitwerking van MM omvat meestal radiografie van het volledige axiaal skelet (incl. bekken), proximale ledematen, schedel en ribben, met een niet te verwaarlozen gecumuleerde radiatiedosis. De waarde van sequentiële radiografieën is beperkt, zowel in de opvolging van asymptomatische patiënten zonder tekens van ziekteprogressie, als in de evaluatie van therapierespons. Daarnaast kunnen ze vermoeiend en pijnlijk zijn, en geven ze verdere stralenbelasting.(41-45) II.2 Botscintigrafie Botscintigrafie maakt gebruik van technetium 99m ( 99m Tc) fosfor, een radioactieve tracer die selectief wordt opgenomen in bothaarden met hoge osteoblastische activiteit. Als screeningsonderzoek van asymptomatische kankerpatiënten op botmetastasen met osteoblastische activiteit heeft het een hoge sensitiviteit. Nadelen zijn de lage spatiële resolutie en specificiteit (ondermeer wervelfracturen of degeneratieve ziekte geven vals positieve signalen). Dankzij zijn kosteneffectiviteit en beschikbaarheid is het de goede keuze voor de evaluatie van skeletmetastasen. Botscintigrafie heeft echter geen plaats bij MM gezien de excessieve osteoclasie, en het gebrek aan osteoblastische activiteit eigen aan de myeloomletsels.(42, 43) II.3 Computed tomography (CT) Mulstislice CT wordt in oncologische setting frequent gebruikt als stagingsonderzoek. In het botvenster kan botdestructie worden opgespoord met hogere sensitiviteit dan radiografie. Het laat een goede evaluatie van de graad van destructie toe, de stabiliteit van corticaal bot en het fractuurrisico 10

18 kunnen worden ingeschat. Daarnaast kan ook extra-osseuze uitbreiding worden beoordeeld. Ook is CT een gevestigde techniek om biopten te geleiden. Whole body multidetector CT (MDCT) is gevoeliger dan radiografie voor detectie van MM. De hoge stralingsbelasting limiteert het gebruik van CT als routine screeningsmethode. Een low-dose protocol kan de radiatiedosis tot ~ 4 msv beperken. Botdestructie bij MM tast eerst trabeculair en vervolgens corticaal bot aan, waarbij expansie in de weke delen mogelijk is. Focale myeloomhaarden hebben de elektrondensiteit van weke delen (40 tot 80 Hounsfield Units) en kunnen soms worden onderscheiden in geel beenmerg (met negatieve HU waarden). Indicaties voor CT zijn opsporing van medullaire compressie als MRI niet beschikbaar is, opsporing van botdestructie wanneer MRI negatief is ondanks een sterk klinisch vermoeden, of als aanvulling op ambigue radiografische bevindingen (na normale radiografie bij een symptomatische MM patiënt). Ook bij de evaluatie van weke delen aantasting en het gidsen van biopten heeft CT zijn plaats.(42, 46) II.4 Positron emissie tomografie (PET) en MIBI scan PET maakt gebruik van positronemissie door radionucliden gebonden aan biologisch actieve moleculen. Door detectie van gammastralen, ontstaan uit annihilatie van een positron met een elektron, kan de opname van de actieve stof in drie dimensies worden afgebeeld. Bij MM wordt 18 F- fluorodeoxyglucose (een analoog van glucose) selectief opgenomen in de sneldelende plasmacellen. Andere metabool actieve processen (bv. infectie) kunnen vals positieve signalen geven. Ook is de interpretatie minder betrouwbaar kort na chemo- of radiotherapie. Aangezien PET een lage spatiële resolutie heeft, wordt het vaak gecombineerd met CT, waarbij de beelden kunnen worden gefuseerd. PET detecteert focale en diffuse aantasting gevoeliger dan radiografie en CT, maar minder gevoelig dan MRI. Hoewel nog niet routinematig aanbevolen, lijkt PET bruikbaar voor de detectie van merginvasie bij een schijnbaar solitair plasmocytoom, voor het opsporen van extramedullaire aantasting en het evalueren van de therapierespons. PET-CT is geïncludeerd als prognostische factor in het Durie-Salmon PLUS stagingsysteem. Negatieve scans ondersteunen de diagnose van MGUS. 99 Technetium sestamibi (MIBI) is een alternatieve tracermolecule die in tumorcellen wordt opgenomen. Het opnamepatroon van sestamibi correleert met de activiteit van de ziekte en prognostische indicatoren. Vergelijkingen tussen PET en MIBI scans zijn niet eenduidig, verder onderzoek is aangewezen. Beide technieken hebben hun plaats voornamelijk binnen klinische studies.(42, 43, 47-49) II.5 Whole body MRI II.5.1 PRINCIPE Magnetic resonance imaging (MRI) maakt geen gebruik van ioniserende stralen, en heeft naast een goede spatiële resolutie ook hoog contrast in de weke delen. Oorspronkelijk werden verschillende 11

19 anatomische regio s apart gescand (bv. de wervelzuil). Whole body MRI (WB-MRI) omvat ook beeldvorming van schedel, ribben, sternum, bekken en proximale ledematen. Met WB-MRI scande men deze regio s initieel sequentieel, waarbij de oppervlaktecoils tijdens de procedure moesten aangepast worden en herpositionering van de patiënt noodzakelijk was, resulterend in lange scantijden (> 1 uur). Een mobiel platform dat de patiënt in axiale richting doorheen de scanner schuift, gecombineerd met parallelle acquisitietechniek (PAT), omzeilt deze praktische belemmeringen en perkt de scantijd sterk in. Recente 3 Tesla MRI scanners geven een hogere signal-to-noise ratio (SNR) en kunnen de acquisitietijd inkorten. Een whole body short tau inversion recovery (STIR) sequentie kan worden uitgevoerd binnen 12 minuten. Nadelig zijn de hoge kostprijs en de beperkte beschikbaarheid. De specificiteit van afwijkende bevindingen neemt toe met het aantal uitgevoerde sequenties, maar dit gaat ten koste van de acquisitietijd.(44, 50) II.5.2 TOEPASSING Dankzij de mogelijkheid grote volumes beenmerg te visualiseren zonder blootstelling aan ioniserende straling is WB-MRI zeer waardevol voor de beeldvorming van primaire bottumoren, skeletmetastasen, hematologische aandoeningen van het beenmerg en pediatrische tumoren. MRI kan merginfiltratie rechtstreeks aantonen voor botdestructie zichtbaar wordt, en is daardoor veel gevoeliger en specifieker voor myeloomletsels dan radiografie en CT. In 30% tot 50% van asymptomatische patiënten met een normale radiografie kon MRI toch focale of diffuse aantasting identificeren. Bij een schijnbaar solitair plasmocytoom is MRI aangewezen, daar in 80% letsels in wervelzuil of bekken worden gezien. Gezien het gebrek aan detecteerbare monoklonale eiwitten vormt MRI een goed alternatief om nietsecreterend MM te monitoren. Het is tevens de techniek van eerste keuze om compressie van de medulla spinalis op te sporen.(43, 48) Bauerle et al. tonen de meerwaarde van WB-MRI t.o.v. standaard MRI van het axiaal skelet aan, door 100 patiënten met verschillende stadia van monoklonale gammopathie (27 MGUS en 73 MM patiënten) aan beide methoden te onderwerpen. Negenendertig patiënten hadden axiale aantasting, 37 hadden extra-axiale aantasting (waarvan 9 zonder axiale letsels). Bij 13 patiënten was er een verhoogd risico op fractuur. Het risico op extra-axiale aantasting kon bovendien niet met klinische parameters worden ingeschat.(51) Verschillende patronen van merginfiltratie door MM zijn zichtbaar op MRI. Allereerst dient gesteld dat bij laaggradige infiltratie door plasmacellen (<20%) het merg een normaal signaal kan geven; een normale MRI sluit MM dus niet uit. Focale letsels zijn hypointens op T1 gewogen beelden, en hyperintens op T2 gewogen beelden en sequenties met vetsaturatie zoals STIR. Diezelfde signaalveranderingen kunnen ook homogeen optreden bij diffuse merginfiltratie. Bij een plasmocytose >50% is de signaalintensiteit van wervels op T1 gewogen beelden nagenoeg gelijk aan deze van de discus intervertebralis. Bij minder uitgesproken aantasting kan de diagnose van diffuse 12

20 infiltratie moeilijk zijn, en verhoogde aankleuring na intraveneuze toediening van gadolinium chelaten kan hier uitkomst bieden. Wanneer duidelijke focale letsels afwezig zijn, maar een inhomogeen patroon zichtbaar is op T1 en T2 gewogen beelden, spreekt men van een peper-en-zout patroon.(42, 50) WB-MRI heeft ook een prognostische waarde. Het aantal en patroon van de letsels is geassocieerd met de tijd tot ziekteprogressie, respons op therapie, het fractuurrisico en de 5-jaarsoverleving. Uit een prospectieve cohortestudie van Ailawadhi et al. blijkt dat MRI goed correleert met conventionele klinische parameters om de activiteit van de ziekte in te schatten en beter dan de beenmergplasmocytose de uitgebreidheid van de ziekte kan evalueren. Bovendien kan voor onbehandelde patiënten met actief MM worden geconcludeerd dat MRI een betere voorspeller is van de totale overleving dan de plasmocytose op beenmergbiopsie. De 5-jaarsoverleving van patiënten met normale MRI bedraagt 80%, t.o.v. 30% bij abnormale bevindingen. Diffuse aantasting heeft de slechtste prognose, gevolgd door focale letsels. Een normaal of peper-en-zout patroon gaat gepaard met een betere overleving. Toch dient opgemerkt dat in het International Staging System voor MM (ISS) beeldvorming geen rol speelt.(42, 43, 52-54) Omtrent het nut van MRI voor follow-up en beoordeling van therapierespons bestaat meer discussie. Focale letsels kunnen krimpen, omringd worden door een vethalo of onveranderd blijven na therapie. Het patroon kan wijzigen van diffuus naar focaal, of de signaalintensiteit op T2 gewogen beelden kan afnemen. Door necrose en inflammatie kan een focaal letsel echter ook bij goede respons hyperintens blijven. Na stamceltransplantatie kunnen focale restletsels persisteren. Na chemotherapie ontstaat een oedemateus, hypocellulair merg dat na enkele weken door vet beenmerg wordt vervangen. Gezien de heterogene en inconsistente bevindingen bij therapierespons, is de plaats van WB-MRI in responsbeoordeling voorlopig beperkt. MRI is de beste techniek om avasculaire necrose van de heupkop aan te tonen, een frequente complicatie van behandeling met corticosteroïden en/of radiotherapie.(43, 44, 50, 55) II.6 Diffusion weighted imaging (DWI) II.6.1 PRINCIPE Diffusion weighted imaging (DWI) maakt gebruik van de Browniaanse beweging van watermoleculen, de willekeurige verplaatsing (diffusie) van individuele moleculen door thermische agitatie. In aanwezigheid van magnetische veldgradiënten resulteert deze diffusie in een verzwakt signaal. Dit laat toe voor elke voxel een parameter te berekenen die de translationele mobiliteit van watermoleculen weergeeft; de schijnbare diffusiecoëfficiënt (apparent diffusion coefficient, ADC). Deze is afhankelijk van de microstructurele eigenschappen van een weefsel zoals de concentratie van macromoleculen, de membraanpermeabiliteit en het evenwicht tussen intra- en extracellulair water. Het is een scalaire grootheid wanneer de diffusie isotroop is, m.a.w. gelijk in alle richtingen. De diffusiecoëfficiënt van 13

21 zuiver water bij 25 C bedraagt 2, mm²/s.(56) In biologische weefsels botsen watermoleculen niet enkel met elkaar maar ook met celonderdelen, celmembranen en andere (macro-) moleculen, en ligt de ADC waarde doorgaans lager. Zonder magnetische veldgradiënten wijzigt het signaal niet omdat de gemiddelde verplaatsing van verschillende moleculen samen gemiddeld nul bedraagt. Zogenaamde Stejskal-Tanner gradiënten veroorzaken een plaatsafhankelijke spin defasering. Door het willekeurig diffusietraject van individuele watermoleculen zal de refasering tijdens de tweede gradiënt puls incompleet gebeuren, wat het signaal attenueert (Fig.1). Het gemeten signaal S(D,b) is afhankelijk van het oorspronkelijke signaal zonder diffusiegradiënten S 0, de diffusiecoëfficiënt D als karakteristiek van het weefsel, en de diffusieweging (de zogenaamde b- waarde van de pulssequentie) volgens een exponentiële relatie: S(D,b) = S 0 e - b D [1.1] De b-waarde is afhankelijk van de eigenschappen van de diffusiegradiënten, namelijk de duur (δ), de amplitude (g D ) en het interval ertussen (Δ), met γ de gyromagnetische verhouding. De b-waarde wordt uitgedrukt in s/mm² en ligt typisch tussen 50 en 1500 s/mm². b = (γ g D δ)² (Δ δ/3) [1.2] Hogere diffusieweging verhoogt het contrast tussen weefsels met verschillende diffusiecoëfficiënten exponentieel, maar verlaagt eveneens de globale signaalintensiteit. De signal-to-noise ratio (SNR) wordt daarenboven verminderd door de lange echotijden. Bovendien is de techniek, die is ontworpen om stochastische moleculaire verplaatsingen in de grootteorde van 10 μm te detecteren, ook zeer gevoelig voor macroscopische bewegingen zoals pulsatiele bloedflow, respiratoire en cardiale bewegingen, en darmperistaltiek. Diffusiebeelden kunnen kwalitatief geïnterpreteerd worden door herkenning van zones met abnormale signaalintensiteit. Een alternatief is het berekenen van exacte ADC waarden uit 2 of meer diffusiegewogen beelden met verschillende b-waarden.(56-58) II.6.2 TOEPASSING Vooral in de neurologische beeldvorming kent DWI reeds zijn toepassing, met name de visualisatie van cerebrale ischemie. In witte hersenstof is de moleculaire diffusie anisotroop, d.w.z. ongelijk in verschillende richtingen. De scalaire ADC moet dan worden vervangen door een tensor. Diffusion tensor imaging (DTI) geeft informatie over het anatomisch verloop van witte stofbanen.(56, 57) De ontwikkeling van nieuwe sequenties en MRI hardware maakte het mogelijk om DWI ook met voldoende beeldkwaliteit buiten de hersenen toe te passen. Bij DWI van normaal beenmerg worden ADC waarden van 0,2 tot 0, mm²/s gevonden. Deze variatie wordt deels verklaard door verschillende pulssequenties en diffusieweging, maar de wisselende verdeling van rood en geel beenmerg (in het bijzonder de fracties vet en water) speelt ook een rol. De ADC waarde van vet ligt 14

22 dicht bij nul, wat impliceert dat bij gebruik van vetsaturatie in DWI sequenties de ADC waarde van normaal beenmerg systematisch hoger ligt dan wanneer geen vetsaturatie wordt toegepast. Frequent gebruikte b-waarden zijn s/mm². Te lage b-waarden overschatten de diffusie door de bijdrage van perfusie aan de attenuatie van het signaal. Te hoge b-waarden leiden tot een lage SNR en onderschatting van de diffusie.(57-59) Fig. 1. Principe van diffusiegewogen beeldvorming. In afwezigheid van diffusie zal de refasering voor alle moleculen de defasering volledig neutraliseren. Zodra er netto verplaatsing van de watermoleculen is zal de refasering incompleet zijn, en wordt het totaal signaal geattenueerd. Naar Dietrich et al.(57). Op diffusiegewogen beelden worden weefsels waarin water zeer mobiel is (bv. cerebrospinaal vocht) donker afgebeeld, terwijl een mobiliteitsbeperking resulteert in een helder signaal. Op basis van deze diffusiegewogen beelden kan met behulp van vergelijking [1.1] voor elke pixel een ADC waarde worden berekend. Op de parametrische ADC beelden zijn weefsels met mobiel water helder (hoge ADC), en weefsels met beperkte mobiliteit (lage ADC) donker weergegeven. Voordeel van deze parametrische beelden is dat ze uitsluitend diffusie-informatie bevatten; het T2 shine through effect (de aanwezigheid van T2 contrast in de diffusiegewogen signalen) is volledig weg.(56) In solide tumoren (oa. in borst- en prostaatcarcinomen, gliomen en renale tumoren) werd aangetoond dat weefsels met een hoge cellulariteit gekenmerkt worden door lage ADC waarden. Dit wordt verklaard door de gelimiteerde diffusie wanneer de grootte van het interstitium afneemt door maligne celproliferatie. Op diffusiegewogen beelden zal de signaalintensiteit slechts in beperkte mate afnemen bij hogere b-waarden. De watermoleculen zijn immers weinig verplaatst zodat de refasering vrij compleet gebeurt en resulteert in weinig attenuatie van het signaal. De sterkte van dit signaal blijft dan 15

23 SI (AE) afhankelijk van het basissignaal bij de afwezigheid van diffusiegradiënten (T2-shine through). Voor de interpretatie van diffusiegewogen beelden dient men dus rekening te houden met de intensiteit van het weefsel op T2 gewogen beelden. Een laag signaal na sterke diffusieweging kan namelijk wijzen op een sterke diffusierestrictie in weefsel met een lage intensiteit op T2W, maar kan ook fysiologisch aanwezig zijn bij normale diffusie in een hyperintens weefsel op T2W (cfr. Fig.2; vals hoge ADC ). Fig. 2 De relatie tussen de signaalintensiteit bij verschillende b-waarden en de ADC. Lage ADC Hoge ADC Vals hoge ADC b-waarden DWI is een nuttig instrument om de tumorale infiltratie van het beenmerg op kwantitatieve wijze te monitoren bij patiënten met monoklonale gammopathie. ADC waarden correleren met histologische bevindingen zoals de cellulariteit van het beenmerg en de MVD. De ADC waarden verschillen ook significant tussen patiënten en controles, en na systemische therapie.(60, 61) Een belangrijke toepassing van DWI van het beenmerg lijkt het onderscheid tussen benigne osteoporotische en maligne wervelfracturen, hoewel het T2-shine through hier waarschijnlijk een rol speelt.(62, 63) Diffusie van water is toegenomen in osteoporotische fracturen door reactief beenmergoedeem, en onderbreking van het trabeculair bot. Door de hoge cellulariteit van tumoren is diffusie er gelimiteerd. Er bestaat echter een aanzienlijke overlap van ADC waarden van beide situaties. Systemische therapie heeft een transiënte daling van de diffusie tot gevolg door cytotoxische celzwelling, maar wordt gevolgd door celdood en toename van de diffusie.(50) In een prospectieve cohortestudie bij 10 patiënten met MM in ISS stadium III, werd het nut van DWI in de beoordeling van therapierespons onderzocht. Na 3 en 8 weken waren de ADC waarden significant verhoogd bij de patiënten met een goede klinische respons. Kwantitatieve DWI laat dus toe om respons op antiangiogene therapie vroeg en accuraat te diagnosticeren, in tegenstelling tot standaard, anatomische MRI beelden.(64, 65) Over toepassing van DWI op beenmerg buiten de wervelzuil bestaan weinig data. Diffusion-weighted whole-body imaging with background body-signal suppression (DWIBS) is een nieuwe techniek, ontworpen om op gevoelige wijze beenmerg letsels over het hele lichaam op te sporen.(58) 16

24 II.7 Dynamic contrast enhanced (DCE) MRI II.7.1 PRINCIPE Bij DCE MRI wordt een lichaamsregio herhaaldelijk gescand met hoge temporele resolutie voor, tijdens, en na het toedienen van gadoliniumcontrast via intraveneuze weg. De lokale concentratie aan gadolinium (Gd) wijzigt de longitudinale relaxatieconstante (T1) van een weefsel. De concentratie is afhankelijk van de lokale perfusie, het relatief bloedvolume en de capillaire permeabiliteit. In tijdintensiteit curves (TIC) wordt de intensiteit van het MRI signaal weergegeven in functie van de tijd. Semikwantitatieve analyses leiden descriptieve parameters af uit de TIC zoals de hellingsgraad (enhancement slope, ES), de maximale signaalintensiteit (maximal enhancement, E max ), tijd tot piek (TTP) en de vorm van de curve. Een directe relatie met hemodynamische parameters is moeilijk vast te stellen. Bij kwantitatieve analyses worden concentratie-tijdscurves berekend, uitgaande van een lineair verband tussen de concentratie van Gd en T1. Hieruit kunnen dan parameters van perfusie en permeabiliteit worden berekend. Voorbeelden zijn Ktrans en Kep, twee parameters uit een farmacokinetisch twee-compartimentsmodel met complexe fysiologische betekenis. Een arteriële inputfunctie (AIF) is vereist om te corrigeren voor variaties in de weefselconcentratie die niet gerelateerd zijn met de hemodynamische status van dat weefsel. Het uitzicht van normaal beenmerg op (anatomische) MRI beelden wordt fundamenteel bepaald door het distributiepatroon van geel en rood merg. Geel beenmerg bestaat vooral uit vetcellen en wordt slechts door een beperkt vaatbed bevloeid. Na contrasttoediening is er slechts minimale aankleuring. Dit in tegenstelling tot rood beenmerg, waar de bloedvoorziening duidelijk uitgebreider is. Ook voor DCE MRI is de verhouding tussen geel en rood beenmerg dus van essentieel belang. Voor kwantitatieve analyses is kennis van deze verhouding noodzakelijk om de perfusie correct te interpreteren. Een schijnbare afname van perfusie kan immers te wijten zijn aan een toename aan vetgehalte.(59, 66) II.7.2 TOEPASSING Semikwantitatieve parameters van perfusie (ES, E max ) correleren met het maligne potentieel van musculoskeletale tumoren en kunnen normaal beenmerg van maligne infiltratie onderscheiden. Deze parameters zijn ook significant verschillend bij benigne en maligne wervelfracturen. Bij patiënten met osteoporose gaat een afname van de botdensiteit samen met een afname van perfusie en een toename van vet beenmerg. Over de causale en temporele relatie van deze bevindingen kan echter geen conclusie worden getrokken. (59, 67) Maligne beenmerginfiltratie met DCE MRI kan worden aangetoond in patiënten waarbij statische MRI negatief is.(68) Bij MM patiënten toonde vergelijking met histologisch en hematologisch onderzoek een duidelijk correlatie van DCE parameters met de bloedvatdensiteit, respectievelijk met gevalideerde serummarkers van ziekteactiviteit.(69, 70) 17

25 Fig.3 Illustratie van de plaatsing van ROI s en de TIC. Rood: aorta, geel: L3, blauw: paravertebrale spier. De amplitude van een TIC uit een aangetaste wervel is een onafhankelijke prognostische factor voor event-free survival (EFS). Er kon geen significante correlatie met de globale overleving worden aangetoond.(71) Diezelfde amplitude stijgt continu (met significante verschillen) van gezonde controles over MGUS, SMM naar actief MM.(72) Ze is bovendien een belangrijke prognostische indicator voor wervelfracturen in lumbale wervels van patiënten met MM, en identificeert patiënten die baat hebben bij lokale radiotherapie.(73) Beeldvorming met DCE-MRI kan gebruikt worden bij de evaluatie van de therapierespons bij MM. De relatieve toename in aankleuring van de letsels na contrasttoediening is significant lager bij patiënten met een goede klinische respons (CR of VGPR) dan voor de therapie. De maximale signaalintensiteit wordt later bereikt. DCE-MRI kan dus worden gebruikt ter beoordeling van de respons op systemische chemotherapie en voor vroege detectie van ziekteprogressie. Ook bij oligoof niet-secreterend MM kan dit het klinisch handelen beïnvloeden.(45) Een histogramanalyse van microcirculatie-parameters toont veranderingen na chemotherapie of anti-angiogene behandeling, en betekent mogelijks een aanvulling op de visuele beoordeling van de therapierespons.(74) In een onderzoek naar een whole body toepassing van DCE-MRI, kon het effect van therapie worden beoordeeld aan de hand van kwantitatieve parameters.(75) Op dit moment ontberen we biologische predictoren die toelaten de progressie van MGUS of SMM naar MM te voorspellen. De angiogene switch hypothese stelt dat een overgang van premaligne voorstadia naar het maligne stadium wordt gedicteerd door een verstoorde balans tussen pro- en anti-angiogene factoren. Histologisch onderzoek bevestigt een toename van de vascularisatie doorheen de verschillende ziektestadia. DCE-MRI kan deze vascularisatie in beeld brengen zonder de nadelen van biopsie (invasiviteit, steekproefvariatie, louter anatomisch) en identificeert patiënten uit asymptomatische voorstadia met een hoog risico op progressie. Deze subgroep heeft bovendien een significant hogere plasmocytose op beenmergbiopsie.(72, 76) 18

26 MATERIALEN EN METHODEN I. Onderszoeksdesign I.1 Onderzoekspopulatie In dit observationeel onderzoek werd een cohorte deels retrospectief, deels prospectief (vanaf september 2008) bestudeerd. Het gaat om 309 patiënten die in totaal 598 MRI onderzoeken ondergingen tussen april 2005 en november Alle aanvragen voor whole body MRI door de dienst hematologie van het UZ Gent werden geïncludeerd. Indicaties daarvoor waren de diagnostiek en follow-up van patiënten met multipel myeloom (n=168), MGUS (n=72), smouldering myeloom (n=19), solitair plasmocytoom (n=5), of een toevallig ontdekte extrafractie in het gammagebied. Patiënten met hereditaire multipele exostosen of neurofibromatose type 1 met een normaal aspect van beenmerg op MRI (n=23), werden als controles gebruikt. Andere WB-MRI indicaties (n=22) waren amyloidose, ziekte van Waldenström, enchondromen, en bot- en weke delentumoren. Het betreft 137 vrouwen (44%) en 172 mannen (56%). De leeftijd varieerde van 15 tot 89 jaar, met een gemiddelde van 59 jaar. De beeldvorming werd net als andere klinische en technische investigaties aangevraagd volgens noodzaak in de klinische praktijk, en niet volgens een strikt studieprotocol. De karakteristieken van de subpopulatie van patiënten die veelvuldig werd gebruikt in de inductieve statistische testen; de patiënten met een nieuwe diagnose van MM, zijn weergegeven in bijlage 1.7. I.2 Variabelen Patiënten doorverwezen voor WB-MRI ondergingen aansluitend ook een DCE-MRI en DWI onderzoek. Exclusiecriteria waren cardiale pacemakers of andere metallische implantaten, claustrofobie, zwangerschap, en contrast allergie of nierinsufficiëntie voor DCE-MRI. Uiteindelijk voltooiden 278 patiënten een DCE-MRI en 254 een DWI onderzoek. De beelden werden geïnterpreteerd door een radiologisch expert op gebied van musculoskeletale beeldvorming. De variabelen, afgeleid uit de MRI beelden, worden hieronder nader omschreven. Laboratoriumanalyses van perifere bloedstalen, urine en beenmergaspiraten, resultaten van anatomopathologisch en genetisch onderzoek, en klinische patiëntinformatie (o.a. therapie) werden verkregen via het elektronisch patiëntendossier. De biologische parameters omvatten hemoglobine, creatinine, β 2 - microglobuline, calcium, totaal eiwit, albumine, γ-globuline, C-reactief proteïne, lactaatdehydrogenase, IgG, IgA, IgM in serum. De immunoglobuline korte ketens (κ en λ) werden gedoseerd in serum (met een Freelite assay) en urine. Beenmergbiopten werden afgenomen ter hoogte van de crista iliaca. Een onderscheid werd gemaakt met de plasmocytose-waarden bekomen uit beenmergaspiraten, gezien de lagere accuraatheid van deze laatste. Biologische parameters of anatomopathologische verslagen werden niet weerhouden wanneer het tijdstip van afname meer dan 3 maand verwijderd was van het MR onderzoek, of wanneer in tussentijd het therapeutisch schema werd gewijzigd. Genetisch 19

27 onderzoek behelsde karyotypering en FISH analyse voor de frequentste chromosomale aberraties: del13q, t(4,14), t(11,14), t(14,16). De diagnoses steunen op klinische, pathologische en laboratoriumparameters en volgen de definities van de IMWG. Patiënten werden geclassificeerd volgens het International Staging System. I.3 Methoden I.3.1 WHOLE BODY MRI Alle MRI onderzoeken werden uitgevoerd op een MAGNETOM Avanto 1,5 Tesla (Siemens, Erlangen, Duitsland). WB-MRI bestond uit T1 gewogen, T1 na Gadoliniumcontrast en T2 (STIR) gewogen sequenties, met coronale en sagittale reconstructies. Heel het lichaam werd gescand met uitzondering van de onderbenen. Infiltratie van het beenmerg werd gekwantificeerd met een skeletscore. Hierbij worden 13 skeletregio s (schedel, sternum, ribben, claviculae, humeri, bekken, cervicale wervelzuil, thoracale wervelzuil, lumbale wervelzuil en femora) onderscheiden, met één punt voor elke aangetaste regio. Het aantal individuele letsels werd geteld. Daarnaast werden drie patronen van beenmerginfiltratie onderscheiden: focale letsels, volledige aantasting, of een mixed patroon (bijlage 2.2). Focale letsels kunnen goed van elkaar worden onderscheiden en worden omgeven door normaal beenmerg. Volledige aantasting wordt gekenmerkt door een diffuse wijziging van de signaalintensiteit, en gemengde letsels vertonen kenmerken van allebei (een zogenaamd salt-and-pepper patroon). Bij het radiologisch verslag werd een figuur gevoegd waarop de aantasting schematisch werd weergegeven (bijlage 4.1). De figuur en skeletscore werden door de radioloog ingevuld aan de hand van alle beelden verkregen met WB-MRI. I.3.2 DYNAMIC CONTRAST ENHANCED MRI Er werden per patiënt 120 sequentiële beelden gemaakt met een interval van 1100 ms door middel van een 2D-Turbo-Flash sequentie op het Avanto toestel. De volledige wervelzuil werd in beeld gebracht d.m.v. een spine matrix coil, en dit op één slicepositie in het sagittale vlak. Bij de start werd intraveneus 0,5 mmol/kg Gadolinium-diëthylenetriaminepentacetaat (Magnevist, Schering, Berlijn, Duitsland) toegediend aan een constante snelheid van 3 ml per seconde via een infusiepomp. Bij de kwalitatieve evaluatie van deze beelden in cine-mode werd de toename in signaalintensiteit in de wervelzuil beoordeeld ten opzichte van paravertebraal spierweefsel. Semikwantitatieve parameters werden berekend met behulp van de Syngo MR/Mean Curve software (Siemens, Erlangen, Duitsland). De post-processing bestond uit het plaatsen van regions of interest (ROI) in de aorta, paravertebraal spierweefsel en de wervelcorpora van de 3 e lumbale en 10 e thoracale wervel. Uit de thesis van Julie Dutoit blijkt immers dat deze representatief zijn voor de lumbale, respectievelijk thoracale wervelzuil. Bij de DCE-MRI onderzoeken voor juli 2010 werd dit nog voor alle wervels van thoracaal 8 (T8) tot lumbaal 5 (L5) uitgevoerd. Door zorgvuldige plaatsing van de ROI centraal en anterieur, met een 20

28 posterieure inkeping, werd de invloed van de werveldekplaten, de disci intervertebrales, het cerebrospinaalvocht, en de basivertebrale vene op het gemiddelde signaal vermeden. Bij focale aantasting werd een ROI op het letsel geplaatst. Voor elke ROI werd de signaalintensiteit in functie van de tijd weergegeven in een time-intensity curve (TIC), op basis waarvan alle parameters werden berekend (fig.4). Het tijdstip waarop de curve begint te stijgen (Tstart) is de start van de first pass. De amplitude is het verschil tussen de maximale signaalintensiteit (SImax), bereikt op tijdstip Tmax, en de signaalintensiteit op Tstart (SIstart). De richtingscoëfficiënt van deze curve (slope-in) geeft de signaaltoename per tijdseenheid weer. Een curve met een positieve slope vertoont wash-in. Analoog kan een richtingscoëfficiënt voor de wash-out (slope-out) worden opgesteld m.b.v. de signaalintensiteit SIeind na 132 seconden (Teind). De first pass vertoont een buigpunt op tijdstip Tbp met een signaalintensiteit SIbp (dit werd niet weerhouden voor de aorta). Het verschil tussen Tmax en Tstart is de time to peak (TTP). De maximale slope (max_slope) is de hoogste slope waarde van de ROI s van T10 en L3. Het verloop van de signaalintensiteit is afhankelijk van de diffusiegradiënt (die afneemt naarmate meer contrast het interstitium bereikt), de vascularisatie en perfusie, de capillaire permeabiliteit, en het volume van het interstitium. Verschillende patronen van aankleuring werden onderscheiden aan de hand van de vorm van de TIC (wash-in + wash-out, plateau, enhancement, vlak).(fig 5) SI (arbitraire eenheden) SImax SIbp SIeind SIstart 1 2 Fig. 4. Tijd-intensiteitscurve met parameters. SI = signaalintensiteit in arbitraire eenheden T = tijd in seconden Bp = buigpunt max = maximale intensiteit 1 = slope-in 2 = slope-out Tstart Tbp Tmax Teind T(s) SI (AE) Fig. 5. De verschillende types tijd-intensiteitscurven. Rood: arteriële curve met snelle wash-in en wash-out Blauw: wash-in, wash-out type kenmerkend voor neoangiogenese Groen: plateaucurve, snelle wash-in gevolgd door lange plateaufase (kan normaal of pathologisch zijn) Geel: enhancement type, progressieve toename in intensiteit waarbij het evenwicht nog niet is bereikt Paars: vlak type, geen aankleuring Tijd (s) 21

29 I.3.3 DIFFUSIE GEWOGEN BEELDVORMING De lumbale en thoracale wervelzuil werden apart gescand met een T2 echo planar imaging (EPI) sequentie op het Avanto toestel. Verschillende sliceposities in parasagittaal vlak werden gescand met b-waarden 0; 200; 400; 600 en 1000 s/mm². Hiermee werd voldaan aan de aanbeveling van Padhani et al. die stelt dat minimaal 3 b-waarden (b = 0 s/mm² ; b 100 s/mm² en b 500 s/mm²) moeten worden gebruikt om een adequate ADC berekening toe te laten.(77) Voor één slicepositie werden 6 ADC beelden samengesteld. De eerste vier ADC beelden zijn de resultante van telkens twee diffusiebeelden: de beelden met b-waarden 200, 400, 600 en 1000 werden elk apart gecombineerd met b0 als referentiebeeld. Vervolgens werd een ADC beeld gegenereerd uit de combinatie van de b200, b400 en b600 diffusiebeelden. De uitsluiting van het b0 beeld daarbij reduceert de invloed van perfusie aan de ADC berekening maximaal. Een laatste ADC beeld ontstaat uit de combinatie van alle 5 diffusiebeelden voor dezelfde slicepositie. Een ROI werd getekend op wervels T10 en L3, identiek aan de ROI bij de post-processing analyse van DCE-MRI. Een ROI buiten het lichaam werd toegevoegd om de invloed van ruis op het signaal te evalueren. De syngo MR software liet vervolgens toe de gemiddelde ADC waarde en de standaarddeviatie voor iedere ROI af te lezen. II. Statistische Analyse Voor de beschrijvende en inductieve statistische gegevensverwerking werd gebruik gemaakt van SPSS (versie 19.0).Voor de grafische voorstellingen werden zowel SPSS als GraphPad Prism gehanteerd. Het significantieniveau werd vastgelegd op α = 0,05. Niet-parametrische testen werden gebruikt wanneer met de Kolmogorov-Smirnov en Shapiro-Wilks testen de kans, dat de variabele in de populatie aan een Gaussiaanse distributie voldeed, kleiner bleek dan het significantieniveau α. Alle hypothesen werden tweezijdig getest. Bij vergelijkende testen tussen meer dan 2 groepen (vb. Kruskal-Wallis test) met significant resultaat, werd een Bonferroni correctie (verstrenging van het significantieniveau voor elke onderlinge vergelijking) toegepast. III. Voorgaande masterproeven Uit de masterproeven van Joris Anthonissen, Ruben De Groote, Julie Dutoit en Evelien Christiaens kunnen volgende resultaten worden weerhouden.(78-81) III.1 Whole body MRI De beenmerginfiltratie op whole body MR vertoonde een karakteristiek patroon waarbij extra-axiale aantasting bijna steeds volgde op geïsoleerde axiale aantasting (wervelzuil en bekken). Extra-axiale betrokkenheid ging gepaard met hogere skeletscores, plasmocytoses en maximale slope-waarden. Bovendien was het gekoppeld aan hogere β2-microglobulinewaarden en kan men aldus uitgaan van een infauste prognose. Bevindingen van de MRI onderzoeken hadden een invloed op het klinisch 22

30 beleid in een groot deel van de patiënten. Dit zowel in de diagnostiek en follow-up als in de beoordeling van de therapierespons. III.2 DCE-MRI Er kon een thoracolumbale gradiënt worden aangetoond in de TIC s na DCE-MRI. Zowel de signaalintensiteit vóór contrasttoediening als de slope namen af van T8 tot L5. De diagnostische waarde van de DCE parameters, geëvalueerd via ROC curves, lag lumbaal hoger dan thoracaal. De hoogste slope-waarde van alle wervels (de maximale slope) bleek de meest accurate parameter om neo-angiogenese te beoordelen, en verschilde significant tussen MM en MGUS patiënten. Een verschil tussen controlepatiënten en asymptomatische voorstadia (MGUS of SMM) kon nog niet worden aangetoond. Een tweede buigpunt in de TIC (d.w.z. een zichtbare second pass ) ging gepaard met hogere plasmocytose en β2-microglobulinewaarde. III.3 DWI De maximale en mediane ADC 200 van de thoracale en lumbale wervels konden differentiëren tussen MGUS en MM. Een cut-off waarde van 730, mm²/s werd voorgesteld. De sensitiviteit en specificiteit voor de diagnose van MM bedroegen 86,1% en 66,6%. De ADC was toegenomen in aangetaste wervels, en de relatie tussen signaalintensiteit en ADC waarden vertoonde een boogcurve. Om de ADC waarden na follow-up te beoordelen, moet de initiële positie op de boogcurve gekend zijn. IV. Vraagstelling In deze masterproef werd gepoogd op gestructureerde wijze de waarde van whole body MRI, DCE- MRI en DWI aan te tonen op drie klinisch belangrijke domeinen; diagnose, prognose en follow-up na therapie. De uitgebreide maar zeer heterogene database werd herwerkt naar meer homogene groepen om hogere interne validiteit na te streven. Er werd getracht om voor deze patiëntgroepen de meest waardevolle parameters te distilleren, die bruikbaar zijn voor klinische besluitvorming. Eerst werden de demografische, klinische en radiologische karakteristieken van deze subgroepen beschreven. Verder werd nagegaan welke parameters van de drie beeldvormingstechnieken het best overeenkomen met het aantal plasmacellen in het beenmerg of de klinische diagnose, welke mogelijks een prognostische waarde hebben, en welke kunnen worden gebruikt in de beoordeling van de respons op systemische therapie. Tenslotte werd nagegaan welke impact de MRI onderzoeken hadden op de klinische praktijk tijdens het verloop van deze studie. 23

31 RESULTATEN I. Diagnose Onder nieuwe MM patiënten worden alle patiënten verstaan die een klinische diagnose van multipel myeloom kregen, maar nog geen therapie ondergingen voorafgaand aan de beeldvorming. Ook patiënten die werden opgevolgd voor MGUS of SMM, of werden doorverwezen ter uitwerking van een toevallig gevonden gammopathie, en door de bevindingen op MRI aan de diagnose van MM voldeden, vallen binnen deze groep. In tabel 1 zijn de steekproefgrootte, gemiddelde waarde, standaarddeviatie, minima en maxima voor de parameters van DCE-MRI en DWI van wervel L3 weergegeven voor de nieuwe MM patiënten. Tabel 1. Beschrijvende statistiek voor DCE en DWI parameters van L3 bij nieuwe MM patiënten. DCE parameters in arbitraire eenheden, ADC waarden in mm²/s. Parameter N Gemiddelde Standaarddeviatie Minimum Maximum Maximale slope (L3 of T10) ,8 212,50 2,4 1442,4 Slope-in L ,7 165,74 1,0 1285,0 Amplitude-in L ,7 11,51 0,6 58,8 Slope-out L ,1 0,08 0,0 0,4 Amplitude-out L ,8 4,51-1,4 26,0 TTP L ,2 24,18 5,5 116,6 ΔT bp-start L ,6 5,70 3,3 39,6 Mediane ADC 200 L , , , , Mediane ADC 400 L , , , , Mediane ADC 600 L , , , , Mediane ADC 1000 L , , , , Mediane ADC combinatie 1 L , , , , Mediane ADC combinatie 2 L , , , , Er werd onderzocht welke waarde WB-MRI, DCE-MRI en DWI hebben om de diagnose van multipel myeloom te stellen, te bevestigen, of te onderscheiden van asymptomatische voorstadia of controlepatiënten. Zowel de interpretatie van de radiologisch expert als meer objectieve karakteristieken van deze beeldvormingstechnieken werden onderzocht en vergeleken met de diagnose zoals die door hematologen werd gesteld (op basis van kliniek, anatomopathologisch onderzoek en laboratoriumdiagnostiek). Bij de vergelijking wordt de groep actieve MM patiënten vermeld. Deze groep patiënten omvat naast de nieuwe MM patiënten ook patiënten die een relaps doormaken of geen respons op behandeling vertonen. I.1 Whole body MRI In de inleiding werd de grote diagnostische waarde van whole body MRI reeds aangehaald. Er werd nagegaan of deze resultaten konden worden gestaafd bij onze studiepopulatie. De subjectieve, 24

32 anatomische interpretatie van whole body MRI haalde voor de detectie van actief myeloom een sensitiviteit van 93% en een specificiteit van 88%. Dit houdt in dat bij 92 van de 99 patiënten met een onbehandeld, niet-responsief myeloom of een relaps, de beelden door de radioloog als abnormaal werden beoordeeld, met kenmerken van multipel myeloom. De patiënten werden verdeeld in twee groepen; een groep met floried, actief MM zoals hierboven beschreven, en een groep met de asymptomatische precursorstadia (MGUS en SMM), MM in remissie, en gezonde controlepatiënten. Een χ²-test werd uitgevoerd waarbij de interpretatie (actief MM of niet) van WB-MRI, DCE-MRI en DWI werd vergeleken tussen deze twee patiëntgroepen. Er kon een zeer sterk significant verband worden aangetoond tussen beide variabelen voor de drie beeldvormingstechnieken (P <0,001). De sensitiviteit, specificiteit en resultaten van de chi-kwadraattesten zijn weergegeven in tabel 2. Tabel 2. Sensitiviteit en specificiteit van whole body MRI, DCE-MRI en DWI, en resultaat van de chi-kwadraattest voor het verschil tussen actief MM en andere diagnosen (MGUS, MM in remissie, SMM, controles) d.m.v. subjectieve beoordeling van deze beelden door de radioloog. WB-MRI DCE-MRI DWI N Sensitiviteit [% (TP/(TP+FN))] 93% (92/99) 85% (83/98) 72% (58/81) Specificiteit [% (TN/(TN+FP))] 88% (74/84) 80% (66/82) 86% (59/69) χ² 120,9 76,6 49,0 P (tweezijdig) <0,001 <0,001 <0,001 TP = aantal met terecht positief testresultaat, FP = aantal met onterecht positief testresultaat, TN = aantal met terecht negatief testresultaat, FN = aantal met onterecht negatief testresultaat. De skeletscore werd vergeleken met het aantal plasmacellen zoals verkregen via beenmergbiopsie. Zo werd getest of de skeletscore de ziekteactiviteit betrouwbaar kon weergeven. De skeletscore werd opgedeeld in drie categorieën. Een score van 0 kwam overeen met de eerste categorie. Scores van 1 tot en met 9 vormden categorie 2. Tenslotte bevatte categorie 3 de skeletscores 10 tot 13. Met de Kruskal- Wallis test werd de plasmocytose vergeleken tussen deze drie categorieën voor alle patiënten. Voldoende gegevens waren beschikbaar voor 114 patiënten. Bij twee vrijheidsgraden was χ² = 30,4 en P < 0,001. De resultaten zijn voorgesteld in figuur 6. Ook na toepassen van een Bonferroni correctie op het significantieniveau kon een Mann-Whitney U test significante verschillen bevestigen tussen categorie 1 en 2 (P = 0,001), tussen categorie 2 en 3 (P = 0,016) en tussen categorie 1en 3 (P < 0,001). I.2 DCE-MRI Voor de waarde van de kwalitatieve interpretatie van de TIC curves wordt verwezen naar tabel 2. De sensitiviteit en specificiteit voor de diagnose van actief MM bedroegen respectievelijk 85% en 80%. Er werd echter voornamelijk ingegaan op de diagnostische waarde van de objectieve parameters van DCE-MRI. In een Kruskal-Wallis test werden alle parameters die het verloop van de TIC voor wervel L3 kwantificeren (slope en amplitude van de wash-in, TTP en het tijdsverschil tussen de start en het eerste buigpunt, slope en amplitude van de wash-out) alsook de maximale slope vergeleken tussen drie 25

33 patiëntgroepen met de respectievelijke diagnoses van MGUS, actief MM, en MM in remissie. Een zeer sterk significant verschil (P 0,001) werd aangetoond voor alle variabelen. Figuur 6. Vergelijking van het percentage plasmacellen op beenmergbiopsie tussen drie categorieën binnen de skeletscore (cat.1: 0; cat.2: 1-9; cat.3: 10-13). Een post-hoc Mann-Whitney U test werd toegepast met Bonferroni correctie zodat het gecorrigeerde significantieniveau werd vastgelegd op α = α/3= 0,017. Alle parameters verschilden sterk tussen patiënten met MGUS en deze met actief MM. Tussen actief MM en MM in remissie leverde het tijdsverschil tussen start- en buigpunt van de TIC curve als enige geen significant resultaat op. Bij de onderlinge vergelijking van de patiënten met MGUS en MM in remissie, werden enkel de maximale slope en de slope en amplitude van de wash-in voor L3 als significant verschillend weerhouden. De P- waarde van al deze testen is weergegeven in tabel 3. In figuur 7 wordt de verdeling van de maximale slope voor de verschillende diagnoses afgebeeld, met het gemiddelde en het 95% betrouwbaarheidsinterval. Tabel 3. Mann-Whitney U test voor onderlinge verschillen van DCE parameters tussen MGUS, MM en MM in remissie. Parameter DCE MGUS versus actief MM, P(tweezijdig) Actief MM versus MM in remissie, P(tweezijdig) MGUS versus MM in remissie, P(tweezijdig) Maximale slope <0,001 <0,001 0,001 Slope-in L3 <0,001 <0,001 0,002 Amplitude-in L3 <0,001 <0,001 <0,001 Slope-out L3 <0,001 <0,001 0,136 Amplitude-out L3 <0,001 <0,001 0,047 TTP L3 <0,001 0,001 0,808 ΔT bp-start L3 <0,001 0,043 0,625 26

34 Fig. 7. De maximale slope bij verschillende diagnoses (gemiddelde met 95% betrouwbaarheidsinterval). AE: arbitraire eenheden Het percentage plasmacellen in een beenmergbiopt blijft de gouden standaard voor de diagnose van multipel myeloom. Vergelijking van objectieve parameters uit DCE-MRI en DWI met de plasmocytose kan daarom nuttige informatie geven over de diagnostische waarde van deze parameters. De correlatie van alle TIC kenmerken (voor wervel L3) en de maximale slope met het aantal plasmacellen in het beenmerg werd nagegaan met de niet-parametrische Spearman rangcorrelatiecoëffieciënt voor de volledige studiepopulatie (tabel 4). Geen van deze variabelen voldeed immers aan de Gaussiaanse distributie. Een zeer sterke significante correlatie (P 0,001) werd aangetoond voor alle variabelen uitgezonderd het tijdsverschil tussen het buigpunt en het startpunt van de TIC (borderline missed significantie met P = 0,059). Voor deze laatste en de TTP is de correlatie in negatieve zin (hoge plasmocytosen gaat gepaard met korte time to peak). Het verband tussen de vorm van de TIC en het aantal plasmacellen in beenmerg als merker voor ziekteactiviteit, is geïllustreerd voor de maximale slope in figuur 8. Tabel 4. Spearman rangcorrelatietest voor de correlatie van de TIC parameters met de plasmocytose. Parameter DCE N Correlatiecoëfficiënt P (tweezijdig) Maximale slope 112 0,577 <0,001 Slope-in L ,497 <0,001 Amplitude-in L ,481 <0,001 Slope-out L ,325 0,001 Amplitude-out L ,414 <0,001 TTP L ,344 <0,001 ΔT bp-start L ,180 0,059 27

35 Figuur 8. Scatterplot van de maximale slope t.o.v. het aantal plasmacellen op beenmergbiopsie. I.3 DWI Voor de diagnostische waarde van de subjectieve interpretatie van de DWI beelden wordt verwezen naar tabel 2. De sensitiviteit en specificiteit van DWI voor de diagnose van actief MM bedragen 72% respectievelijk 86%. De mediane ADC waarden voor de 6 geconstrueerde beelden van wervel L3, werden onderzocht op hun diagnostische waarde, op dezelfde manier als hierboven beschreven is voor de TIC parameters. Gezien geen van deze variabelen voldeed aan de voorwaarden van Gaussiaanse distributie en gelijkheid van de varianties, werden niet-parametrische testen uitgevoerd. Met de Kruskal-Wallis test werd nagegaan of de zes mediane ADC waarden significant verschilden tussen de patiënten met MGUS, actief MM en MM in remissie (Tabel 5). De steekproefgrootte was beperkt tot 18 patiënten met MGUS, 49 met actief MM en 12 met MM in remissie. Enkel de mediane ADC 600 (P = 0,013), de mediane ADC (P = 0,012) en de mediane ADC (P = 0,023) toonden een significant verschil. Met de Mann-Whitney U test werden de verschillen nagegaan tussen de groepen onderling. Een Bonferroni correctie werd uitgevoerd (cfr. supra). Slechts tussen de categorieën MGUS en actief MM bleken de drie voornoemde parameters significant verschillend; de mediane ADC 600 het meest (Tabel 6). In figuur 9 worden de beperkte verschillen en de grote spreiding voor de mediane ADC 600 tussen de verschillende diagnostische categorieën geïllustreerd. 28

36 Tabel 5. Kruskal-Wallis test voor de DWI parameters van L3, verschillend tussen MGUS, actief MM en MM in remissie. Parameter L3 Χ² P (tweezijdig) Mediane ADC 200 3,156 0,206 Mediane ADC 400 3,063 0,216 Mediane ADC 600 8,656 0,013 Mediane ADC ,077 0,079 Mediane ADC combinatie 1 8,905 0,012 Mediane ADC combinatie 2 7,536 0,023 Tabel 6. Mann-Whitney U test voor de post hoc onderlinge vergelijking van de mediane ADC waarden van L3 tussen de patiënten met MGUS, actief MM en MM in remissie. Parameter L3 MGUS versus actief MM; P(tweezijdig) Actief MM versus MM in remissie; P(tweezijdig) MGUS versus MM in remissie; P(tweezijdig) Mediane ADC 200 0,107 0,533 0,611 Mediane ADC 400 0,193 0,189 0,498 Mediane ADC 600 0,005 0,077 0,485 Mediane ADC ,031 0,008 0,698 Mediane ADC combinatie 1 0,024 0,122 0,622 Mediane ADC combinatie 2 0,019 0,219 0,401 Figuur 9. Boxplot van de mediane ADC 600 van L3 bij patiënten met MGUS, actief MM en MM in remissie. De zes mediane ADC waarden van L3 werden door middel van de Spearman rangcorrelatiecoëfficiënt vergeleken met de plasmacelpercentages zoals verkregen uit beenmergbiopten, dit bij de volledige patiëntengroep. Het aantal beschikbare gegevens is laag omdat biopsie in de klinische praktijk vaak achterwege wordt gelaten. De plasmocytose zoals verkregen uit een aspiraat werd niet inbegrepen in 29

37 deze analyse omdat deze waarden vaak grote discrepanties vertonen met biopten en qua accuraatheid inferieur zijn. Zoals samengevat in tabel 7, bleek de correlatie voor alle berekende mediane ADC waarden van L3 significant. Voor de mediane ADC 600 en 1000 was er een zeer sterke significantie. Dit wordt geïllustreerd in figuur 10. Tabel 7. Spearman rangcorrelatietest voor de correlatie tussen mediane ADC waarden van L3 en de plasmocytose. Parameter L3 N Correlatiecoëfficiënt P (tweezijdig) Mediane ADC ,404 0,003 Mediane ADC ,373 0,006 Mediane ADC ,476 <0,001 Mediane ADC ,345 <0,001 Mediane ADC combinatie ,326 0,033 Mediane ADC combinatie ,369 0,015 Figuur 10. Scatterplot waarin de mediane ADC 600 van L3 is afgebeeld t.o.v. het aantal plasmacellen in het beenmerg. 30

38 II. Prognose Deze studie beschikt over te weinig gegevens met betrekking tot de klinische follow-up van patiënten en een tekort aan gedocumenteerde overlijdens om een direct onderzoek naar de prognostische waarde van MRI bij multipel myeloom patiënten te kunnen uitvoeren. De parameter die op zich de hoogste prognostische waarde biedt bij MM is β2-microglobuline. Hierop (samen met serum albumine) is het ISS gebaseerd. Er werd aldus onderzocht of de parameters verkregen uit beeldvorming correleerden met β2-microglobuline of significant verschilden tussen de ISS stadia. Voor één patiënt was de β2- microglobulinewaarde disproportioneel verhoogd ten opzichte van andere klinische en radiologische parameters. Het gaat om de maximumwaarde in de populatie nieuwe MM patiënten (Cfr. bijlage 1.7). De verklaring voor deze extreme waarde ligt in het feit dat de patiënt gevorderd nierfalen had, waarvoor hemodialyse werd opgestart (β2-microglobuline wordt renaal uitgescheiden). Aangezien deze waarde de ziekte-activiteit niet meer correct weerspiegelde, werd ze niet verder opgenomen in de statistische testen. II.1 DCE-MRI De β2-microglobulinewaarden werden vergeleken met de maximale slope bij alle nieuwe MM patiënten. De correlatie tussen beide variabelen is statistisch significant, het verband is recht evenredig (Spearman rangcorrelatietest, P = 0,004). Omdat reeds werd aangetoond dat lumbale wervels het meest waardevol zijn in de beoordeling van DCE curves, werd voor lumbaalwervel 3 nagegaan welke andere TIC karakteristieken significant correleerden met β2-microglobuline. Uit tabel 8 kan worden afgelezen dat de slope (P = 0,002) en amplitude (P = 0,003) van de wash-in fase van wervel L3 een sterk significante, positieve correlatie vertonen. De slope (P = 0,052) en amplitude (P = 0,051) van de wash-out fase zijn borderline significant. Het tijdstip waarop het buigpunt optreedt in de wash-in curve kan niet worden weerhouden als prognostisch belangrijke parameter (P = 0,459). Ook de TTP toont in deze steekproef geen significant verband met β2-microglobuline (P = 0,089). Tabel 8. Spearman s rangcorrelatietest voor de correlatie tussen β2-microglobuline en verschillende DCE-MRI parameters. Parameter DCE N Correlatiecoëfficiënt P (tweezijdig) Maximale slope 87 0,309 0,004 Slope-in L ,297 0,002 Amplitude-in L ,296 0,003 Slope-out L3 99 0,196 0,052 Amplitude-out L ,194 0,051 TTP L ,169 0,089 ΔT bpt-start L ,074 0,459 Tevens werd onderzocht of dezelfde parameters significant verschilden tussen de ISS stadia. Voldoende gegevens waren beschikbaar voor 60 patiënten in ISS stadium I, 13 in stadium II en 9 in 31

39 stadium III. De amplitude van de wash-in van wervel L3 verschilde als enige parameter significant tussen de verschillende stadia (Kruskal-Wallis test, P = 0,022). Met de Mann-Whitney U test werden de stadia onderling in paren vergeleken om na te gaan waar de significante verschillen optraden. De resultaten zijn weergegeven in tabel 9 en 10. Een Bonferroni correctie werd toegepast waarbij de verlaagde significantiedrempel α/3 = 0,017. De vergelijking tussen stadium I en II toonde een borderline missed significant verschil voor de amplitude (P = 0,019). Figuur 11 toont een grote overlap tussen de drie stadia. Tabel 9. Kruskal-Wallis test voor verschillende DCE-MRI parameters tussen de ISS stadia. Parameter DCE χ² P (tweezijdig) Maximale slope 3,026 0,220 Slope-in L3 4,252 0,119 Amplitude-in L3 7,612 0,022 Slope-out L3 1,477 0,478 Amplitude-out L3 2,304 0,316 TTP L3 2,479 0,290 ΔT bpt-start L3 1,671 0,434 Tabel 10. Mann Whitney U test voor onderlinge vergelijking van de amplitude tussen de ISS stadia. Koppel P (tweezijdig) I versus II 0,019 I versus III 0,082 II versus III 0,735 Fig. 11. Boxplot van de amplitude (in arbitaire eenheden) van de wash-in fase voor de verschillende ISS stadia bij nieuwe, onbehandelde MM patiënten. 32

40 II.2 DWI Ook voor DWI werd onderzocht welke objectieve parameters mogelijk een prognostische betekenis hebben. Dit werd nagegaan voor de mediane ADC waarden van de ROI in wervel L3 voor alle berekende ADC beelden. Deze variabelen volgden geen normale distributie in de onderzochte populatie (alle nieuwe MM patiënten). De Spearman rangcorrelatietest toonde een significante positieve correlatie van β 2 -microglobuline met de mediane ADC 600 (P=0,023); ADC 1000 (P=0,008); en ADC (P=0,046). Voor de mediane ADC 200; 400 en , kon geen significante correlatie worden weerhouden. De resultaten zijn geïllustreerd in tabel 11 en fig. 12. Tabel 11. Spearman rangcorrelatietest voor de correlatie tussen β2-microglobuline en de mediane ADC waarden van de ROI in L3 voor de 6 gemaakte ADC beelden. Parameter L3 N Correlatiecoëfficiënt P (tweezijdig) Mediane ADC ,029 0,877 Mediane ADC ,257 0,156 Mediane ADC ,401 0,023 Mediane ADC ,285 0,008 Mediane ADC combinatie ,402 0,046 Mediane ADC combinatie ,360 0,077 Fig. 12. Scatterplot van de mediane ADC 1000 waarden voor L3 t.o.v. β2-microglobuline met een lineaire fitting curve. Bovendien zijn er significante verschillen voor de mediane ADC 400 (P = 0,001), ADC 600 (P = 0,002), ADC 1000 (P < 0,001), ADC (P = 0,009) en ADC (P = 0,009) tussen de verschillende ISS stadia (cfr. tabel 12). Met de Mann-Whitney U test werd nagegaan tussen welke stadia de verschillen zich situeren, met een Bonferroni correctie op het 33

41 significantieniveau tot α/3 = 0,017. Zoals in tabel 13 weergegeven, is er enkel een significant verschil tussen stadium I en III voor de mediane ADC 400, ADC 600 en ADC Dit is geïllustreerd voor de mediane ADC 1000 (aangezien voor deze parameter de meeste gegevens beschikbaar zijn) in figuur 13. Tabel 12. Kruskal-Wallis test voor de mediane ADC waarden van L3, vergeleken tussen de ISS stadia. Parameter L3 χ² P (tweezijdig) Mediane ADC 200 5,149 0,076 Mediane ADC ,976 0,001 Mediane ADC ,946 0,002 Mediane ADC ,643 < 0,001 Mediane ADC combinatie 1 9,490 0,009 Mediane ADC combinatie 2 9,350 0,009 Tabel 13. Mann-Whitney U-test voor de onderlinge vergelijking van de mediane ADC waarden van L3 tussen de ISS stadia. Parameter L3 Stadium I versus II P (tweezijdig) Stadium I versus III P (tweezijdig) Stadium II versus III P (tweezijdig) Mediane ADC 200 0,358 0,024 0,610 Mediane ADC 400 0,024 0,001 0,234 Mediane ADC 600 0,054 0,001 0,308 Mediane ADC ,041 < 0,001 0,209 Mediane ADC combinatie 1 0,035 0,019 0,096 Mediane ADC combinatie 2 0,039 0,019 0,096 Fig. 13. Boxplot van de mediane ADC 1000 van L3 voor de drie ISS stadia. 34

42 III. Follow-up Alle patiënten in de database die reeds autologe stamceltransplatie hadden ondergaan werden geïdentificeerd. Voor een aantal patiënten (n = 21) waren whole-body MRI, DCE-MRI en DWI onderzoeken van kort voor en na de transplantatie beschikbaar. Vanuit klinisch oogpunt werd immers vaak een MRI aangevraagd op dag 100 na stamceltransplantatie. De parameters van deze beeldvormingstechnieken werden vergeleken voor en na de therapie. De evolutie van deze parameters werd gecombineerd met de klinische beoordeling van de respons (oa. op basis van de hoeveelheid monoklonaal eiwit in serum en het aantal plasmacellen op beenmergbiopsie) om de waarde van deze variabelen in de beoordeling van therapierespons te evalueren. Een overzichtstabel werd opgenomen in bijlage 5, de samenvatting van radiologische en biologische parameters in deze subpopulatie is weergegeven in tabel 14. Het gaat om 8 patiënten met type IgG myeloom, 6 IgA types, 4 light-chain en 3 niet-secreterende myelomen. Acht patiënten vertoonden een VGPR na de beenmergtransplantatie. Voor 11 patiënten kon slechts een partiële respons worden bevestigd (in afwezigheid van informatie over het monoklonaal eiwit kan geen VGPR worden vastgesteld). Eén patiënt had stabiele ziekteactiviteit (SD, stable disease) en over één kon geen uitspraak worden gedaan wegens te weinig data. De hierboven reeds vernoemde TIC parameters en mediane ADC waarden voor de wervel L3, werden bij deze patiënten vergeleken voor en na autologe stamceltransplantatie. De MRI onderzoeken post therapie vonden plaats na 100 dagen of na een jaar. Er is duidelijk een sterk significante daling van de slope en amplitude van zowel de wash-in als de wash-out fase, alsook een significant toename van de TTP. Enkel het tijdsverschil tussen buigpunt en start van de TIC verschilt niet significant (Wilcoxon signed ranks test, n = 21, P-waarden cfr. tabel 15). Ook voor de mediane ADC waarden van wervel L3 werd de Wilcoxon signed ranks test uitgevoerd (tabel 15). Te weinig gegevens waren beschikbaar om de test uit te voeren voor de combinaties ADC en ADC De DWI parameters die significant verschillen voor en na therapie zijn de mediane ADC 200 (n = 6; P = 0,028), de mediane ADC 400 (n = 6; P = 0,046) en de mediane ADC 600 (n = 6; P = 0,046). Opmerkelijk is dat de mediane ADC 1000 boven de grens van de significantie blijft (n = 17; P = 0,210). De ADC 200, 400 of 600 waarden 100 dagen tot 1 jaar na stamceltransplantatie liggen gemiddeld lager dan de waarden voor de behandeling. Een andere vraagstelling die werd onderzocht is in welke mate deze parameters de klinische respons (zoals gegradeerd volgens de IMWG criteria) kunnen inschatten. Daarvoor werd nagegaan of het verschil tussen de waarden pre-stamceltherapie en post-stamceltherapie van deze parameters in evenredig verband staat met het verschil in ziekteactiviteit zoals die nu wordt bepaald (afname van het M-eiwit en de plasmocytose). De correlatie leverde echter geen statistisch significante resultaten op 35

43 (Spearman rangcorrelatietest, cfr. tabel 16) met uitzondering van de vergelijking van het verschil in mediane ADC 400 met het verschil in plasmocytose (P = 0,042). Opgemerkt dient te worden dat het om een klein steekproefaantal gaat (n = 6) en dat de correlatie met het verschil in M-eiwit in serum niet significant is. De scatterplot in figuur 14 illustreert de vergelijking van de plasmocytose met de amplitude van de wash-in fase van de TIC in L3. Tabel 14. Beschrijvende statistiek voor de patiënten die ASCT ondergingen. Parameter L3 N Gemiddelde Standaarddeviatie Minimum Maximum Plasmocytose voor (%) 21 38,1 30,39 0,5 95,0 Plasmocytose na (%) 20 3,8 3,51 0,5 15,0 M-eiwit voor (g/l) 14 1,0 70,30 30,1 19,4 M-eiwit na (g/l) 12 0,2 14,00 6,5 4,9 Slope-in voor (AE) 21 0,87 0,981 0,12 3,85 Slope-in na (AE) 21 0,15 0,132-0,04 0,47 Amplitude-in voor (AE) 21 20,0 11,88 3,1 50,8 Amplitude-in na (AE) 21 5,9 5,44-1,4 21,4 Mediane ADC 400 voor (μm²/s) 6 722,2 186,35 543,6 1052,7 Mediane ADC 400 na (μm²/s) ,9 143,86 331,4 803,5 Mediane ADC 600 voor (μm²/s) 6 591,9 206,08 378,7 857,8 Mediane ADC 600 na (μm²/s) ,0 106,34 244,0 536,1 Mediane ADC 1000 voor (μm²/s) ,7 187,58 76,2 859,0 Mediane ADC 1000 na (μm²/s) ,2 108,70 130,3 471,5 Tabel 15. Wilcoxon signed ranks test voor de gepaarde vergelijking van DCE en DWI parameters voor en na autologe stamceltherapie. Parameter L3 Z P (tweezijdig) Slope-in -3,815 <0,001 Amplitude-in -3,912 <0,001 Slope-out -2,696 0,007 Amplitude-out -3,509 <0,001 TTP -1,543 0,046 ΔT bp-start -1,284 0,169 ADC 200-1,352 0,028 ADC 400-1,863 0,046 ADC 600-1,859 0,046 ADC ,111 0,210 36

44 Figuur 14. Scatterplot waarin de afname in amplitude van de wash-in van L3 na stamceltherapie is uitgezet t.o.v. het verschil in aantal plasmacellen in het beenmerg. Tabel 16. Spearman rangcorrelatietest voor de verschillen tussen voor en na therapie, voor de belangrijkste DCE en DWI parameters van wervel L3, met het verschil in M-eiwit en plasmocytose. Δ M-eiwit Parameter L3 N Correlatiecoëfficiën t Δ Plasmacellen P (tweezijdig) N Correlatiecoëfficiën t P (tweezijdi g) Δ Slope-in 19 0,340 0, ,112 0,638 Δ Amplitude-in 19 0,370 0, ,164 0,490 Δ ADC ,800 0, ,829 0,042 Δ ADC ,800 0, ,714 0,111 Δ ADC ,068 0, ,055 0,833 Er werd nagegaan of het verschil in slope de respons op autologe stamceltransplantatie (ASCT) correct kon inschatten. De verschillen werden gerelativeerd ten opzichte hun waarde voor therapie. De gemiddelde relatieve verschillen in slope verschilden niet significant tussen de groepen very good partial response (VGPR) en partial response (PR) (Mann-Whitney U test, n = 19, P = 0,283). Fig. 15 illustreert het verschil tussen de groepen VGPR en PR voor de relatieve afname van de amplitude van de TIC voor L3. 37

45 Figuur 15. Boxplot van het verschil in amplitude van de wash-in voor en na ASCT, volgens respons. IV. Klinische waarde In tabel 17 is de bijdrage van het MRI-onderzoek (waarbij in het radiologisch verslag de bevindingen uit WB-MRI, DCE-MRI en DWI werden gebundeld en een conclusie werd geformuleerd) aan de klinische praktijkvoering tijdens het verloop van dit onderzoek weergegeven. Enkele opmerkelijke resultaten werden gemarkeerd. De diagnose MM werd gesteld a.d.h.v. MRI bij 14 patiënten die klinisch in de categorie MGUS vielen en bij 11 patiënten met nog onbekende diagnose (geel gemarkeerd). Bij 5 onderzoeken kon een andere, meer geschikte biopsieplaats worden aangewezen (groen). Dit bijvoorbeeld bij een focale myeloomhaard in het sternum bij een patiënt met negatieve cristabiopten. Beoordeling van de respons als slechter dan partiële remissie leidde tot wijziging van de therapie bij 95 patiënten (rood). Whole body MRI kan bovendien het fractuurrisico inschatten, dit leidde urgente radiotherapie bij een aantal patiënten. Bij 11 follow-up patiënten kon MRI (meestal m.b.v. DCE-MRI) een remissie aantonen voor deze klinisch werd bevestigd, bij 12 patiënten werd de complete hematologische remissie bevestigd door de beeldvorming (blauw). Twaalf patiënten met relaps werden geïdentificeerd d.m.v. beeldvorming, waarvan slechts 5 reeds klinisch vermoed werden (paars). 38

46 Totaal Relaps Complete Remissie Inconclusief Bevestiging diagnose/ respons op therapie Slechte respons op therapie Aanwijzen biopsieplaats Diagnose 'geen MM' Diagnose 'MM' Andere Tabel 17. Kruistabel waarin reden tot aanvraag van MRI werd uitgezet t.o.v. het antwoord van de radioloog. Reden voor MRI Antwoord van de MRI Andere Nieuw MGUS Follow-up MGUS Nieuw MM Follow-up MM (onbehandeld) Follow-up MM (na therapie) Nieuw MM, reeds onder therapie Symptomen van extrafractie Klinische remissie Relaps Totaal

47 DISCUSSIE I. Diagnose en prognose Het belang van anatomische MRI informatie voor de diagnostiek van multipel myeloom wordt reeds algemeen geaccepteerd. Belangrijke vragen resteren echter met betrekking tot prognostische implicaties of het nut van MRI in follow-up na therapie. De whole-body applicatie werd in de literatuur reeds gevalideerd, maar is nog niet ingeburgerd in de klinische praktijk. Voor een resem nieuwe modaliteiten bestaat veel minder zekerheid inzake diagnostische accuraatheid (sensitiviteit en specificiteit) of prognostische waarde. In dit onderzoek werd de waarde van WB-MRI, DCE-MRI en DWI onderzocht bij een cohorte patiënten met MGUS, smouldering myeloom en multipel myeloom. I.1 Whole body MRI Bij patiënten met een nieuwe diagnose van multipel myeloom was een pathologisch aspect van het beenmerg zichtbaar op whole body MRI bij 98,2%. De skeletscore, een semikwantitatieve en objectieve parameter van de aantasting op T1 en T2 gewogen beelden, bedroeg gemiddeld 5,9 bij diagnose. Dit impliceert dat ongeveer 6 skeletlokalisaties van 13 (waar rood beenmerg normaal aanwezig is bij de volwassene) een afwijkend signaal vertonen. De scores vertoonden echter een grote spreiding. De patronen van aantasting toonden een overwicht van diffuse infiltratie (71,1%), gevolgd door gemengde invasie (13,2%) en focale aantasting (12,4%). Bij 3,3% van de patiënten bedroeg de skeletscore nul. Dit aantal is iets groter dan het percentage vals negatieve MRI s (1,8%) omdat deze laatste wel extraskeletale plasmocytomen, die niet in de skeletscore zijn inbegrepen, detecteert. De sequentiële progressie van MM waarbij het axiaal skelet wordt aangetast vooraleer de ziekte zich naar andere skeletelementen uitbreidt, werd reeds in vorige studies bewezen.(81) De hypothese dat multipel myeloom evolueert van een fase met matige ziekte-activiteit (met aantasting van bekken en wervelzuil en lage skeletscores), naar een meer gevorderd stadium (met aantasting van schedel, claviculae, ribben, humeri en femora en hoge skeletscores) werd hier verder bevestigd. De cellulariteit van het neoplastische beenmerg steeg immers progressief in hogere categorieën van de skeletscore. Binnen een heterogene populatie kon whole body MRI differentiëren tussen floried, actief myeloom (onbehandeld, niet-responsief of relaps) en niet-actief (MGUS, smouldering MM en MM in remissie) met een sensitiviteit van 93% en specificiteit van 88%. Vals positieve bevindingen kunnen worden verklaard door de moeilijke detectie en interpretatie van een diffuse signaalwijziging in het beenmerg. Bij patiënten die roken, obees of anemisch zijn, is er een toename van rood beenmerg die kan worden verward met pathologische invasie. Ook stimulatie van het beenmerg met bijvoorbeeld G-CSF of erythropoïetine kan een fysiologische hyperplasie induceren die moeilijk te onderscheiden is van een relaps. 40

48 Conclusie Whole body MRI is zeer gevoelig (98,2%) voor de detectie van multipel myeloom. Diffuse aantasting is frequenter dan focale of gemengde letsels. De skeletscore kwantificeert de anatomische afwijkingen en is een indicator voor de ziekteactiviteit. Bij toenemende ziekteactiviteit evolueert MRI van een axiale aantasting met lage skeletscores, naar extra-axiale manifestaties met hoge scores. I.2 DCE-MRI Histologisch onderzoek toonde reeds aan dat de microvasculaire densiteit toeneemt met de ziekteactiviteit, en een belangrijke prognostische factor is.(26) Deze studie bewijst dat semikwantitatieve DCE-MRI parameters neo-angiogenese kunnen aantonen op niet-invasieve wijze. De afname van een beenmergbiopt is pijnlijk, en verschaft slechts informatie over een beperkt deel van het merg. DCE-MRI laat echter toe om het hele beenmerg (in deze studie enkel de wervelzuil) te visualiseren zonder invasiviteit. Bovendien geeft het niet alleen anatomische informatie, maar wordt de functionaliteit van de nieuwgevormde bloedvaten mee geëvalueerd. De interpretatie van DCE-MRI beelden in cine-mode en van de TIC op een kwalitatieve manier bezit een opmerkelijk hoge sensitiviteit (93% van alle nieuwe patiënten werd geïdentificeerd). De bedenking moet worden gemaakt dat het een kwalitatieve en dus subjectieve beoordeling betreft, en dat de interpretatie niet geblindeerd gebeurde. Het onderscheid tussen actief en niet-actief myeloom kon worden gemaakt met een sensitiviteit van 85% en een specificiteit van 80%. De karakteristieken van de TIC curves van wervel L3 werden vergeleken tussen MGUS, actief myeloom en MM in remissie via de region of interest methode. Deze wervel is representatief voor de gehele wervelzuil, en heeft als lumbale wervel een grotere specificiteit dan thoracale wervels. Het plaatsen van een ROI in slechts één wervel betekent een sterke vereenvoudiging van de arbeidsintensiteit. Ten opzichte van de asymptomatische precursorstadia en MM in remissie wordt actief multipel myeloom gekenmerkt door een wash-in fase met grotere amplitude en slope, en met een kortere TTP. Ook de grootte en snelheid van de wash-out fase staan duidelijk in verband met de aanwezigheid van neoplasie. Van de semikwantitatieve parameters zijn de slope en amplitude van de wash-in fase het meest waardevol. Ook de slope-in vertoonde in de populatie met een nieuwe diagnose van MM een grote spreiding met vooral uitlopers naar het pathologische uiteinde van het spectrum (gemiddelde 106,7; standaarddeviatie 165,74; arbitraire eenheden). Een interessant gegeven is het feit dat patiënten met MGUS een sterkere wash-in vertoonden dan myeloompatiënten in remissie. Onvoldoende gegevens over de TIC kenmerken van gezonde controles zijn beschikbaar om dit fenomeen afdoende te verklaren. Enerzijds kan dit impliceren dat bij MGUS de angiogenese reeds in beperkte mate is toegenomen, terwijl de toestand na systemische therapie 41

49 vergelijkbaar is met de normale bloedvoorziening. In dit geval zal de wash-in slope bij MGUS hoger liggen dan die van controlepatiënten. Dit staat echter in contrast met de in de literatuur aangehaalde angiogene switch hypothese, die stelt dat juist het verwerven van een sterke neo-angiogenese een kantelpunt in het ontstaan van actief myeloom uit een precursorstadium is.(26) Anderzijds zou een anti-angiogene of chemotherapeutische behandeling de tumorale én normale bloedvaten in dergelijke mate kunnen beschadigen, dat de doorbloeding van het beenmerg een niveau bereikt onder dat van de fysiologische situatie. In het laatste geval zou de TIC curve van een normale populatie wel overeenstemmen met deze van MGUS patiënten, maar zou de bloedvoorziening van behandelde myeloompatiënten onder dit niveau dalen. De sterke correlatie van de TIC kenmerken van multipel myeloom (een sterke wash-in, snelle wash-out, en een korte TTP) met de plasmocytose bevestigt het potentieel van DCE-MRI om de ziekte-activiteit in te schatten. Het meten van de slope van de wash-in fase in wervel L3 laat toe een inschatting te maken van de ziekte-activiteit, en vormt mogelijks een alternatief voor histologisch onderzoek van beenmergbiopten. Bovendien hebben de slope en amplitude van de wash-in fase een duidelijke prognostische betekenis. De slope-in vertoont een significante, positieve correlatie met β2-microglobuline. Dezelfde parameters verschillen tussen de ISS stadia, maar er kon geen significantie worden aangetoond. Vermoedelijk is de power te laag gezien de kleine steekproefaantallen. Fig. 11 toont immers een trend waarbij de amplitude stijgt van stadium 1 tot 3. De pathofysiologische verklaring voor de verschillende tijdsintensiteitscurves ligt in verschillen in vascularisatie, perfusie, capillaire permeabiliteit en volume van de intercellulaire ruimte. Gedurende de first pass zal het Gadolinium chelaat unidirectioneel diffunderen van het plasma naar het interstitium. De snelheid van diffusie is verhoogd bij multipel myeloom door de neovascularisatie (groter aantal bloedvaten) met een toegenomen permeabiliteit (abnormaal gestructureerde bloedvaten) en perfusie (lagere weerstand). Dit uit zich in een steile helling van de TIC, aangezien de signaalintensiteit de interstitiële concentratie van het contrastmiddel weerspiegelt. Na de first pass diffundeert het circulerende Gadolinium verder tot de concentratie in het interstium de plasmaconcentratie evenaart. Tijdens de verdere circulatie wordt het contrast namelijk verder gedilueerd en renaal uitgescheiden. Na deze evenwichtsfase volgt de wash-out, wanneer de plasmaconcentratie zo laag wordt dat de diffusiegradiënt omkeert. Het interstitieel volume speelt een belangrijke rol in de snelheid van deze wash-out. Bij MM is er een grote capillaire permeabiliteit in combinatie met hoge cellulariteit en bijgevolg een klein volume van de intercellulaire ruimte. Daardoor bereikt de TIC vroeg de evenwichtsfase, waarna de signaalintensiteit terug daalt (binnen een tijdspanne van 2 minuten). Dit type curve is het wash-in, wash-out type dat de neovascularisatie van multipel myeloom kenmerkt. Bij gezonde controles, MGUS, of na respons op therapie, vertoont de TIC een tragere wash-out, die meestal niet optreedt binnen 2 minuten. De plateaufase houdt dan langer aan (plateau type curve), of de evenwichtsfase is nog steeds niet bereikt en de intensiteit blijft 42

50 geleidelijk toenemen (enhancement type). Een enhancement type is kenmerkend voor de ROI s in paravertebraal spierweefsel. Het tijdstip waarop de wash-in een buigpunt vertoont, werd in deze studie als een TIC parameter opgenomen. De rationale was dat vóór dit punt, de signaaltoename enkel de eerste passage van contraststof zou weerspiegelen (first pass effect). Het tijdstip van optreden van dit buigpunt verschilde significant tussen MGUS en MM patiënten, maar was de minst waardevolle in verdere testen naar de diagnostische waarde. De correlatie van de plasmocytose met TIC parameters was enkel voor dit buigpunt niet significant. Waarschijnlijk spelen fysische eigenschappen van de contrastbolus een rol. De injectie is gespreid over een bepaalde tijdsduur (die voor iedereen constant is). De bolus vormt geen vlak maar wel een parabool tijdens zijn passage in de bloedsomloop; er is bijgevolg geen punt waarop de wash-in duidelijk eindigt. Een andere mogelijke verklaring voor de beperkte waarde van deze parameter is de arbitraire bepaling ervan. Bij het aflezen van de signaalintensiteit en het tijdstip van de TIC, werd dit buigpunt visueel ingeschat door de onderzoeker. Bovendien is dit operatorafhankelijk, en werden de TIC variabelen door verschillende onderzoekers berekend tijdens dit onderzoek. Een duidelijk verband tussen een korte time to peak en hoge ziekteactiviteit kon wel worden aangetoond. Bij gevorderde myeloominfiltratie van het beenmerg met hooggradige neovascularisatie en een beperkt interstitium, wordt de evenwichtsconcentratie voor het Gadoliniumcontrast zeer snel bereikt, waardoor de first pass voor zeer grote proportie van de signaaltoename verantwoordelijk is. De maximale intensiteit wordt met andere woorden kort na het einde van de first pass bereikt. De plaatsing van een buigpunt in de curves (die vaak ook geen perfect exponentiële vorm aannemen) is dan zeer willekeurig en van geen betekenis. Conclusie Bij MM vertoont de TIC een sterke wash-in, korte TTP en snelle wash-out. De slope-in en amplitude-in zijn de beste parameters. Ze zijn ook prognostisch relevant. DCE-MRI is een gevoelige techniek die op semikwantitatieve wijze accurate informatie over de ziekte-activiteit kan geven. I.3 DWI De interpretatie van diffusiegewogen beelden ligt niet zo voor de hand. De kwaliteit van de beelden is matig, de resolutie laag. Bovendien kunnen de beelden niet eenduidig worden geïnterpreteerd zonder informatie over de intensiteit op T2 gewogen beelden (cfr. supra, T2 shine through). Diffusiegewogen beelden werden als afwijkend geëvalueerd bij 73,5% van de nieuwe MM patiënten, en konden actieve myeloompatiënten detecteren met een sensitiviteit van 72%. Daarmee is het beduidend minder gevoelig dan whole body MRI en DCE-MRI. De specificiteit (86%) benadert echter deze van whole 43

51 body MRI en ligt hoger dan deze van DCE-MRI. Dit toont de meerwaarde aan van een combinatie van DWI met DCE-MRI. De mediane ADC waarden zijn sterk afhankelijk van de gebruikte combinatie van b-waarden. Gemiddelden voor de mediane ADC van wervel L3 bij nieuwe myeloompatiënten varieerden tussen 912, mm²/s en 349, mm²/s voor respectievelijk b(0,200) en b(0,1000) combinaties. Voor de ADC 1000 is de steekproef beduidend groter, dit maakt de berekende gemiddelden iets nauwkeuriger. De berekening van ADC waarden aan de hand van b(0,600) en b(0,1000), alsook de combinatie b( ), geven volgens wetenschappelijke consensus de meest betrouwbare inschatting van de werkelijke diffusiecoëfficiënt.(77) Dit zou de range van ADC waarden bij multipel myeloom in deze studie vernauwen tot 349,3-412, mm²/s. Deze ADC waarden waren ook de meest waardevolle in testen voor diagnostische en prognostische waarde. De normale distributie van ADC waarden in beenmerg is onvoldoende gedocumenteerd, net als de impact van leeftijd, geslacht en andere factoren. Gerapporteerde normaalwaarden voor de ADC van beenmerg zijn 0,15; 0,23 en 0, mm²/s.(58, 82, 83) Ward et al. onderscheidden een ADC waarde van 0, mm²/s voor geel en 0, mm²/s voor rood beenmerg.(84) Verschillen in de berekening van ADC waarden (andere b waarden, andere regions of interest) en gebrek aan uniforme beeldvormingstechnieken verklaren deze variatie. Hoe lager de gebruikte b-waarden, hoe hoger de ADC waarden lijken uit te vallen. Dit omdat bij lage b-waarden ook perfusie een grote invloed heeft. Ook werd de waarde 0, mm²/s berekend met een SSFP protocol, dat minder betrouwbaar is dan de algemeen gehanteerde EPI sequentie. Na vergelijking van de normaalwaarden uit de literatuur met onze resultaten kan worden geconcludeerd dat de mediane ADC is verhoogd in wervels aangetast door multipel myeloom. Een omgekeerd evenredig verband tussen de ADC en de cellulariteit van een weefsel werd vastgesteld bij solide tumoren, voornamelijk bij borst- en prostaatcarcinoom. Neoplastische lokalisaties hebben daarbij een lage diffusiecoëfficiënt, toe te schrijven aan de hoge cellulariteit en het hoge eiwitgehalte. Voor beenmerg is de situatie gecompliceerder. Naast de celdensiteit, beïnvloeden ook de kerncytoplasma verhouding, de membraanintegriteit, microperfusie, en de cytoarchitecturele organisatie van de extracellulaire ruimte de diffusiecapaciteit van watermoleculen. Rood beenmerg maakt in fysiologische situaties 30-70% van het totale volume uit, en ligt ingebed tussen vetcellen. De grillige, gekronkelde structuur van het RBM tussen het gele beenmerg en het trabeculair bot, beperkt de diffusie van watermoleculen. Bovendien neemt het hematopoïetisch deel van het beenmerg af met de leeftijd (7% per decade). Geel beenmerg is hypointens op diffusiegewogen beelden door de lagere protondensiteit, de hydrofobie van vet, en de lagere perfusie t.o.v. RBM.(85) Normaal beenmerg heeft dus een lage ADC. Wanneer door tumorale infiltratie de normale microarchitectuur van het beenmerg 44

52 wijzigt (osteolyse en afname van de vetfractie), neemt het rode beenmerg een groter en minder gekronkeld volume in, resulterend in hogere ADC waarden. Dit recht evenredig verband tussen cellulariteit in het beenmerg en de ADC is uniek voor wat tot nu toe werd aangetoond inzake DWI. In onze populatie was de correlatie van de plasmocytose op cristabiopsie met de mediane ADC waarden zeer sterk significant. De ADC 600 en 1000 zijn hoger bij multipel myeloom dan bij MGUS en myeloom in remissie. Nonomura et al. konden deze relatie reeds bevestigen bij patiënten met een maligne lymfoom.(82) Liu et al. toonden aan dat de ADC in wervel L3 bij patiënten met osteoporose direct correleerde met de mineraaldensiteit van het bot.(86) Bovendien was er een omgekeerd evenredig verband tussen de vetfractie en de ADC waarde. Ook deze gegevens staven de voornoemde hypothese: verlies van trabeculair bot gaat gepaard met een toegenomen vetfractie, waardoor de diffusiecoëfficiënt van het beenmerg afneemt. Een bijkomende hypothese stelt dat verder verlies van vetcellen en toename in plasmaceldensiteit tot een reciproke daling van de ADC waarden leidt, waardoor de relatie tussen plasmocytose en ADC een boogcurve vormt. Deze hypothese kon echter noch in onze database, noch in de literatuur worden onderbouwd. Confounding factoren die de ADC verhogen zijn roken, chronische anemie, chronisch hartfalen en beenmergstimulatie met groeifactoren (alle induceren hypercellulariteit). Radiotherapie, osteoporose, chemotherapie en immobiliteit kunnen predisponeren voor een hypocellulair merg met verlaagde signaalintensiteit op diffusiegewogen beelden. Wanneer men de ADC waarden van gezonde controles en MGUS patiënten in deze studie vergelijkt met deze van MM, moet het verschil in gemiddelde leeftijd tussen deze groepen in acht worden genomen. De groep MGUS patiënten is jonger en kan daardoor hogere ADC waarden bezitten. Een eventuele vertekening van onze bevindingen kan dus slechts tot een onderschatting van het reële verschil leiden. De mediane ADC 400, ADC 600 en ADC 1000 correleerden sterk met de waarden van β2- microglobuline en lagen significant hoger bij patiënten uit ISS stadium 3 dan bij stadium 1. Dit maakt een prognostische meerwaarde van de ADC aannemelijk. Het is plausibel wanneer men bedenkt dat hogere ADC waarden het gevolg zijn van een toename van de merginfiltratie, een gevalideerde prognostische parameter. Conclusie Diffusiegewogen beelden moeten steeds samen met ADC waarden worden geïnterpreteerd. De mediane ADC is toegenomen bij MM en bedraagt gemiddeld 349,3-412, mm²/s. Er is een rechtstreeks evenredig verband tussen de ADC en de celdensiteit van het beenmerg. Dit doordat maligne plasmacelinfiltratie gepaard gaat met een afname van de vetfractie. Er komt meer ruimte voor RBM dat meer vrije watermoleculen bevat. Deze situatie is uniek voor beenmerg en staat in contrast met de inverse relatie tussen ADC en cellulariteit bij solide tumoren. Hoge ADC waarden impliceren een slechte prognose. De mediane ADC 600 en mediane ADC 1000 zijn de beste parameters. 45

53 II. Follow-up na autologe stamceltransplantatie II.1 DCE-MRI Een cohorte van 21 patiënten die autologe stamceltransplantatie (ASCT) hadden ondergaan, werd retrospectief geïdentificeerd. Acht patiënten vertoonden een VGPR, 12 een partiële respons en 1 bleef status quo. Bij de 20 patiënten met een goede respons op de beenmergtransplantatie waren de slope en amplitude van de wash-in fase in de derde lumbaalwervel significant gedaald honderd dagen tot 1 jaar na therapie. Ook de slope en amplitude van de wash-out fase toonden een significante afname, de TTP was toegenomen. Dit alles impliceert een duidelijk verlaagde perfusie en vascularisatie van het beenmerg na de hoge doses myeloablatieve chemotherapie (melfalan conditionering) die de transplantatie voorafgaan. De cytostatica vernietigen de tumorale cellen en daarmee de microcirculatie. De groei van de talrijke, structureel abnormale capillairen is afhankelijk van paracriene groeifactoren zoals VEGF, die worden geproduceerd door de maligne plasmacellen. Na systemische therapie zal het Gadoliniumcontrast trager zijn evenwichtsconcentratie bereiken, enerzijds door een verminderde aanvoer (de MVD neemt af, en de perfusie daalt door afwezigheid van tumorale cytokines) en afgenomen capillaire permeabiliteit, anderzijds door een toename van het interstitium ten gevolge van necrose van de snel prolifererende myeloomcellen. De mate waarin de amplitude afnam na de therapie vertoonde geen significante correlatie met het verschil in plasmocytose op beenmergbiopsie. Op figuur 14 kan nochtans een lineair verband worden vermoed, en het verdient aanbeveling dit onderzoek te herhalen op een grotere patiëntenpopulatie. Vier outliers, waarbij de amplitude onvoldoende daalde in vergelijking met het aantal plasmacellen, zijn zichtbaar rechts onderaan de grafiek. Mogelijke verklaringen hiervoor zijn verhoogde vascularisatie van het herstelde merg secundair aan obesitas of anemie. Het gaat dan voornamelijk om erythroïede hyperplasie zonder significante toename van het aantal plasmacellen. Toediening van beenmergstimulatie onder de vorm van G-CSF of erythropoïetine kan in de eerste weken tot maanden na de behandeling de differentiaaldiagnose met relaps bemoeilijken. Conclusies over de snelheid waarmee het effect kan worden beoordeeld, zijn hier niet mogelijk gezien de late follow-up. De wash-in fase is het meest gevoelig en de slope of amplitude worden aanbevolen als primaire DCE parameters ter evaluatie van de respons op therapie. II.2 DWI De mediane ADC 400 en 600 zijn significant gedaald na 100 dagen tot 1 jaar, bij patiënten met een goede respons (PR of VGPR) op stamceltransplantatie. Voor de ADC 1000 was het verschil niet significant. Het verschil tussen de waarden voor en na therapie correleerde niet significant met het verschil in plasmocytose of de immunoglobuline dosage in serum. De interpretatie van ADC waarden van het beenmerg na systemische therapie ligt niet voor de hand. Enkele studies beschreven het effect 46

54 van chemotherapie en antiangiogene therapie op de evolutie van de ADC. Het tijdsvenster was daarbij duidelijk korter. Drie en acht weken na behandeling werd een graduele toename van de gemiddelde ADC gemeten.(64, 65) Dit kan mogelijk worden verklaard door necrotische cellyse in een beenmerg met een verlaagde vetfractie, dat zich nog niet heeft kunnen herstellen tot de normale verhoudingen van geel en rood beenmerg. Door verlies van de membraanintegriteit en de aanwezigheid van cytotoxisch oedeem kunnen de watermoleculen vrijer diffunderen. Na verloop van maanden herstelt het merg en zal de vetfractie geleidelijk toenemen. De rode cellijn prolifereert terug aan normaal tempo, maar globaal is er nu een lagere H 2 O-inhoud met afname van de diffusie. Ook een toxisch effect van de chemotherapie op het beenmerg, met secundaire myelofibrose, weefseldehydratatie en verlaagde perfusie, kan bijdragen aan vermindering van ADC op langere termijn. Het tijdstip na stamceltransplantatie is dus van cruciaal belang om de ADC waarden correct te kunnen interpreteren. De ADC beelden moeten steeds samen met diffusiegewogen beelden (of T2 gewogen beelden) worden beoordeeld. Zo kan na succesvolle behandeling de signaalintensiteit soms verhoogd blijven op diffusiegewogen beelden, door een T2 shine-through effect van vloeibare necrose. Het onderscheid met persisterende hypercellulariteit kan gemaakt worden door de ADC waarden, die typisch erg verhoogd zijn bij celnecrose. De verklaring voor de veranderingen in intensiteit op DWI en ADC beelden in de eerste weken tot maanden na therapie is geïllustreerd in tabel 18. Tabel 18. Interpretatie van wijzigingen van de signaalintensiteit en de ADC van beenmerg na systemische behandeling voor multipel myeloom. Naar Padhani et al. (87) Signaalintensiteit op DWI (met hoge b waarde) ADC Mogelijke verklaring/interpretatie Slechte respons, hypercellulariteit Goede respons met necrose en hypocellulariteit (T2 shine through) Goede respons, hypocellulariteit Vet /Inconclusief, mogelijks sclerotische of fibrotische reactie De voornaamste bevindingen kunnen worden samengevat aan de hand van figuur 16. Naarmate de plasmacelinfiltratie in het beenmerg toeneemt zal de diffusiecoëfficiënt stijgen. Het signaal op DWI zal ook hoog blijven bij hoge b-waarden, door een T2 shine-through effect van de toegenomen waterinhoud (ten koste van vet beenmerg). Wanneer necrose optreedt na systemische therapie, zal de intensiteit nog toenemen door dit effect. De ADC is initieel hoog, maar zal progressief afnemen wanneer het beenmerg zich herstelt en de vetfractie toeneemt. Na verloop van tijd zal de signaalintensiteit terug afnemen wanneer het necrotisch weefsel is verdwenen (terug naar linkerzijde figuur). Gelijkaardige bevindingen werden al gedaan voor botmetastasen van andere primaire tumoren.(87) Een alternatieve voorstelling is weergegeven in bijlage 3. 47

55 Fig. 16. Verloop van de diffusiecoëfficiënt en de signaalintensiteit, en de rol van de cellulariteit van het beenmerg. (Aangepast naar Padhani A R, Koh D-M, Collins D J. Radiology 2011;261: (85) Met toestemming van auteur en RSNA.) Afname Necrose (T2 celdensiteit shine through) Geel beenmerg Rood beenmerg Multipel myeloom (>80% H 2O) Signaalintensiteit Conclusie DCE-MRI kan een goede respons op autologe stamceltransplantatie aantonen. Een afgenomen amplitude en slope van wash-in en wash-out fase, en een toename van de TTP zijn kenmerken van verminderde vascularisatie. Interpretatie van de ADC waarden is erg afhankelijk van het tijdstip na de ASCT. Bij een goede respons is er een initiële toename van de ADC, gevolgd door een daling. III. Toepassing in de klinische praktijk De MRI beeldvorming heeft een duidelijke toegevoegde waarde voor het klinisch beleid van de myeloompatiënten. De beelden geven belangrijke aanvullende informatie op de biologische parameters. Ze zijn daarenboven van cruciaal belang bij een niet-secreterend myeloom of bij patiënten waarbij een beenmergbiopt ontoereikend of onmogelijk is. Bij MGUS en SMM patiënten is MRI nuttig in de follow-up om progressie op te sporen. Bij myeloompatiënten ondersteunt het de diagnose, geeft het info over de uitgebreidheid van de ziekte en de anatomische lokalisaties van de letsels. Het kan het therapeutisch beleid beïnvloeden, en een vroege respons of een relaps opsporen, soms voor ze klinisch worden herkend. Het lijkt aangewezen om de bevindingen van MRI beeldvorming op te nemen in de diagnostische en/of prognostische criteria. De nadelen van MRI zijn bekend: de kostprijs, tijdsduur van een whole-body onderzoek, claustrofobische patiënten, en contraindicaties (bepaalde metalen implantaten bv. cardiale pacemaker, neurostimulator). Bovendien kan het langdurig stilliggen pijnlijk zijn voor patiënten met gevorderde skeletaantasting. 48

56 In onze studiepopulatie werden geen ernstige reacties op de injectie van Gadoliniumcontrast genoteerd. De techniek is veilig, anafylaxie is zeldzaam. Bij patiënten met ernstig nierfalen wordt DCE-MRI afgeraden, vanwege het risico op nefrogene systeemsclerose. De nadelen van deze techniek liggen voornamelijk in de tijdsduur en kostprijs ervan. De semikwantitatieve techniek is bovendien arbeidsintensief aangezien de ROI s zorgvuldig moeten worden geplaatst. Dit is ook operatorafhankelijk. De techniek moet dus worden gestandaardiseerd, bv. door uniforme software voor de post-processing analyse. DCE-MRI biedt echter een unieke kijk op de in vivo bloedvoorziening, waarbij niet enkel de anatomie maar ook de functionaliteit ervan kan worden geëvalueerd. Het is een gevoelige techniek om MM op te sporen, en de respons op therapie na te gaan. Door de semikwantitatieve benadering wordt de interpretatie een stuk objectiever. Een zuiver kwantitatieve benadering verdient nader onderzoek, aangezien dit zou toelaten om universeel toepasbare grenswaarden te bepalen, die de graad van angiogenese eenduidig vastleggen. De bruikbaarheid van DWI in de klinische praktijk lijkt het meest ter discussie te staan. Het betekent een bijkomende verlenging van de onderzoekstijd. Het is onvoldoende gevoelig om multipel myeloom te detecteren, maar kan wel worden gebruikt om de diagnose te bevestigen vanwege de degelijke specificiteit. De normaalwaarden van de ADC in normale populaties (inclusief de invloed van leeftijd, geslacht, roken, obesitas e.a.) is onvoldoende gekend, en de interpretatie is niet eenduidig. Het verband tussen de mediane ADC en prognostische indicatoren, en de veranderingen tijdens follow-up, bieden echter een waardevol inzicht in de gebeurtenissen op microstructureel niveau. IV. Beperkingen van het onderzoek De grootste beperking van dit onderzoek is het gebrek aan studieprotocol. De klinische praktijk in het UZ Gent bepaalde welke onderzoeken werden verricht. Wel werd bij elke aanvraag voor MRI in kader van een plasmaceldyscrasie een whole body MR, DCE-MRI en DWI-MRI gepland. Andere technische investigaties en klinische follow-up vonden echter op niet-gestandaardiseerde wijze plaats. De subjectieve interpretatie van de MRI beelden kan onderworpen zijn aan enige vertekening, gezien de afwezigheid van blindering. Mogelijks had klinische informatie in de aanvraag voor beeldvorming impact op het radiologisch verslag. Vele missings voor variabelen zoals bijvoorbeeld serum IgG of beenmergbiopsie, bemoeilijkten de statistische analyse, en limiteren de homogeniteit van de gegevens. Bij statistische testen werden laboratoriumwaarden gehanteerd, waarvan het moment van staalafname ten opzichte van het tijdstip van beeldvorming echter voor elke patiënt verschilt. Dit is duidelijk geïllustreerd in het onderzoek naar de follow-up na stamceltransplantatie. Een aantal MRI onderzoeken vond plaats op dag 100 na stamceltransplantatie, andere pas na een jaar. Het is daarom aanbevolen een prospectief georganiseerde studie te verrichten die de evolutie van voornoemde variabelen sequentieel registreert 49

57 op vaste tijdstippen na therapie, en dit met grotere steekproefaantallen, vooraleer de klinische handelswijze hierop wordt afgestemd. Een belangrijke bron van vertekening in vorige thesissen was het verrichten van statistische testen waarbij alle MRI onderzoeken de steekproef vormden. Dit houdt in dat meerdere MRI onderzoeken (op verschillende tijdstippen) van één patiënt als verschillende patiënten werden geïnterpreteerd. Een afwijkend resultaat (bijvoorbeeld een abnormaal hoge slope-in bij een patiënt met MGUS) kan bijvoorbeeld leiden tot regelmatigere follow-up met beeldvorming, en dus relatief oververtegenwoordigd zijn. De berekening van de gemiddelde slope bij MGUS patiënten voor alle onderzoeken zal dan een ander resultaat geven dan wanneer van elke patiënt slechts 1 representatief onderzoek wordt geïncludeerd. De database werd vereenvoudigd naar een database waarin voor iedere patiënt slechts het eerste MRI-onderzoek werd opgenomen. Daardoor bezitten de huidige resultaten m.b.t. diagnose en prognose een grotere reproduceerbaarheid en interne validiteit. Het verklaart ook sommige verschillen met vroegere resultaten (naast de toegenomen steekproefgrootte). De vaststellingen met betrekking tot prognose zijn slechts indicatief voor de werkelijke prognostische waarde. Het studieontwerp liet immers niet toe deze parameters prospectief te valideren met sterftegegevens of klinische follow-up. Er werd vergeleken met β2-microglobuline, een surrogaat eindpunt voor de prognose. Een prospectief onderzoek met klinische follow-up waarbij de DCE parameters (bv. de slope-in) en mediane ADC waarden worden vergeleken met de progressievrije, complicatievrije en totale overleving, is daarom noodzakelijk. De geformuleerde besluiten inzake follow-up werden enkel onderbouwd voor autologe beenmergtransplantatie. De populatie die in aanmerking komt voor ASCT is echter reeds een geselecteerde subgroep, vaak met een relatief jonge leeftijd. De extrapolatie van deze resultaten naar de evalutie van de respons op andere systemische therapieën moet dus met enige voorzichtigheid gebeuren. De waarde van DCE voor follow-up na anti-angiogene therapie lijkt vanuit theoretisch standpunt aannemelijk. Door een gebrek aan vast studieprotocol kregen verschillende patiënten andere initiële behandelingen en werd er daarna vaak naar andere therapeutische schemata overgeschakeld. Het bleek onmogelijk een homogene en voldoende grote groep patiënten te verkrijgen, waarbij de effecten van antiangiogene therapie (thalidomide, lenalidomide) konden worden beoordeeld met MRI. Gezien de beperkte huidige kennis over de impact van stamceltransplantatie op DCE parameters en ADC waarden, bieden onze conclusies echter een meerwaarde aan de bestaande literatuur. 50

58 REFERENTIES 1. Kyle RA, Rajkumar SV. Multiple myeloma. N Engl J Med. 2004;351(18): Epub 2004/10/ Palumbo A, Anderson K. Multiple myeloma. N Engl J Med. 2011;364(11): Epub 2011/03/ Raab MS, Podar K, Breitkreutz I, Richardson PG, Anderson KC. Multiple myeloma. Lancet. 2009;374(9686): Epub 2009/06/ Landgren O, Kyle RA, Pfeiffer RM, Katzmann JA, Caporaso NE, Hayes RB, et al. Monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) consistently precedes multiple myeloma: a prospective study. Blood. 2009;113(22): Epub 2009/01/ Mahindra A, Hideshima T, Anderson KC. Multiple myeloma: biology of the disease. Blood Rev.24 Suppl 1:S5-11. Epub 2010/12/ Kyle RA, Therneau TM, Rajkumar SV, Larson DR, Plevak MF, Melton LJ, 3rd. Incidence of multiple myeloma in Olmsted County, Minnesota: Trend over 6 decades. Cancer. 2004;101(11): Epub 2004/10/ Hayat MJ, Howlader N, Reichman ME, Edwards BK. Cancer statistics, trends, and multiple primary cancer analyses from the Surveillance, Epidemiology, and End Results (SEER) Program. Oncologist. 2007;12(1): Epub 2007/01/ Kyle RA, Rajkumar SV. Epidemiology of the plasma-cell disorders. Best Pract Res Clin Haematol. 2007;20(4): Epub 2007/12/ Landgren O, Weiss BM. Patterns of monoclonal gammopathy of undetermined significance and multiple myeloma in various ethnic/racial groups: support for genetic factors in pathogenesis. Leukemia. 2009;23(10): Epub 2009/07/ Kyle RA, Rajkumar SV. Monoclonal gammopathy of undetermined significance and smouldering multiple myeloma: emphasis on risk factors for progression. Br J Haematol. 2007;139(5): Epub 2007/11/ Rajkumar SV. Multiple myeloma: 2011 update on diagnosis, risk-stratification, and management. Am J Hematol. 2011;86(1): Epub 2010/12/ Kyle RA, Therneau TM, Rajkumar SV, Larson DR, Plevak MF, Offord JR, et al. Prevalence of monoclonal gammopathy of undetermined significance. N Engl J Med. 2006;354(13): Epub 2006/03/ Weiss BM, Abadie J, Verma P, Howard RS, Kuehl WM. A monoclonal gammopathy precedes multiple myeloma in most patients. Blood. 2009;113(22): Epub 2009/02/ Kyle RA, Remstein ED, Therneau TM, Dispenzieri A, Kurtin PJ, Hodnefield JM, et al. Clinical course and prognosis of smoldering (asymptomatic) multiple myeloma. N Engl J Med. 2007;356(25): Epub 2007/06/ Korde N, Kristinsson SY, Landgren O. Monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) and smoldering multiple myeloma (SMM): novel biological insights and development of early treatment strategies. Blood. 2011;117(21): Epub 2011/03/ Landgren O, Katzmann JA, Hsing AW, Pfeiffer RM, Kyle RA, Yeboah ED, et al. Prevalence of monoclonal gammopathy of undetermined significance among men in Ghana. Mayo Clin Proc. 2007;82(12): Epub 2007/12/ Ichimaru M, Mabuchi K. Multiple myeloma among atomic bomb survivors. J Radiat Res (Tokyo). 1991;32 Suppl: Epub 1991/03/ Iwanaga M, Tagawa M, Tsukasaki K, Matsuo T, Yokota K, Miyazaki Y, et al. Relationship between monoclonal gammopathy of undetermined significance and radiation exposure in Nagasaki atomic bomb survivors. Blood. 2009;113(8): Epub 2008/10/ Landgren O, Kyle RA, Hoppin JA, Beane Freeman LE, Cerhan JR, Katzmann JA, et al. Pesticide exposure and risk of monoclonal gammopathy of undetermined significance in the Agricultural Health Study. Blood. 2009;113(25): Epub 2009/04/ Brown LM, Gridley G, Pottern LM, Baris D, Swanso CA, Silverman DT, et al. Diet and nutrition as risk factors for multiple myeloma among blacks and whites in the United States. Cancer Causes Control. 2001;12(2): Epub 2001/03/ Seidl S, Kaufmann H, Drach J. New insights into the pathophysiology of multiple myeloma. Lancet Oncol. 2003;4(9): Epub 2003/09/ Caers J, Van Valckenborgh E, Menu E, Van Camp B, Vanderkerken K. Unraveling the biology of multiple myeloma disease: cancer stem cells, acquired intracellular changes and interactions with the surrounding micro-environment. Bull Cancer. 2008;95(3): Epub 2008/04/ Katz BZ. Adhesion molecules--the lifelines of multiple myeloma cells. Semin Cancer Biol.20(3): Epub 2010/04/ Roodman GD. Pathogenesis of myeloma bone disease. Leukemia. 2009;23(3): Epub 2008/11/29. 51

59 25. Rana C, Sharma S, Agrawal V, Singh U. Bone marrow angiogenesis in multiple myeloma and its correlation with clinicopathological factors. Ann Hematol.89(8): Epub 2010/02/ Jakob C, Sterz J, Zavrski I, Heider U, Kleeberg L, Fleissner C, et al. Angiogenesis in multiple myeloma. Eur J Cancer. 2006;42(11): Epub 2006/06/ Kyle RA, Gertz MA, Witzig TE, Lust JA, Lacy MQ, Dispenzieri A, et al. Review of 1027 patients with newly diagnosed multiple myeloma. Mayo Clin Proc. 2003;78(1): Epub 2003/01/ Bird JM, Owen RG, D'Sa S, Snowden JA, Pratt G, Ashcroft J, et al. Guidelines for the diagnosis and management of multiple myeloma Br J Haematol. 2011;154(1): Epub 2011/05/ Kyle RA, Rajkumar SV. Criteria for diagnosis, staging, risk stratification and response assessment of multiple myeloma. Leukemia. 2009;23(1):3-9. Epub 2008/10/ Lorsbach RB, Hsi ED, Dogan A, Fend F. Plasma cell myeloma and related neoplasms. Am J Clin Pathol.136(2): Epub 2011/07/ Landgren O, Kyle RA, Rajkumar SV. From myeloma precursor disease to multiple myeloma: new diagnostic concepts and opportunities for early intervention. Clin Cancer Res. 2011;17(6): Epub 2011/03/ Munshi NC, Wilson C. Increased bone marrow microvessel density in newly diagnosed multiple myeloma carries a poor prognosis. Semin Oncol. 2001;28(6): Epub 2001/12/ Hillengass J, Fechtner K, Weber MA, Bauerle T, Ayyaz S, Heiss C, et al. Prognostic significance of focal lesions in whole-body magnetic resonance imaging in patients with asymptomatic multiple myeloma. J Clin Oncol.28(9): Epub 2010/02/ He Y, Wheatley K, Clark O, Glasmacher A, Ross H, Djulbegovic B. Early versus deferred treatment for early stage multiple myeloma. Cochrane Database Syst Rev. 2003(1):CD Epub 2003/01/ Rajkumar SV, Larson D, Kyle RA. Diagnosis of smoldering multiple myeloma. N Engl J Med.365(5): Epub 2011/08/ Taverna C, Bargetzi M, Betticher D, Gmur J, Gregor M, Heim D, et al. Integrating novel agents into multiple myeloma treatment - current status in Switzerland and treatment recommendations. Swiss Med Wkly.140:w Epub 2010/05/ Morgan GJ, Gregory WM, Davies FE, Bell SE, Szubert AJ, Brown JM, et al. The role of maintenance thalidomide therapy in multiple myeloma: MRC Myeloma IX results and meta-analysis. Blood. Epub 2011/10/ Palumbo A, Sezer O, Kyle R, Miguel JS, Orlowski RZ, Moreau P, et al. International Myeloma Working Group guidelines for the management of multiple myeloma patients ineligible for standard high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation. Leukemia. 2009;23(10): Epub 2009/06/ Morgan GJ, Davies FE, Gregory WM, Cocks K, Bell SE, Szubert AJ, et al. First-line treatment with zoledronic acid as compared with clodronic acid in multiple myeloma (MRC Myeloma IX): a randomised controlled trial. Lancet.376(9757): Epub 2010/12/ Rajkumar SV. Zoledronic acid in myeloma: MRC Myeloma IX. Lancet.376(9757): Epub 2010/12/ Baur-Melnyk A. Bone marrow imaging in MRI. Eur J Radiol. 2005;55(1):1. Epub 2005/06/ Baur-Melnyk A, Reiser MF. Multiple myeloma. Semin Musculoskelet Radiol. 2009;13(2): Epub 2009/05/ D'Sa S, Abildgaard N, Tighe J, Shaw P, Hall-Craggs M. Guidelines for the use of imaging in the management of myeloma. Br J Haematol. 2007;137(1): Epub 2007/03/ Schmidt GP, Reiser MF, Baur-Melnyk A. Whole-body imaging of bone marrow. Semin Musculoskelet Radiol. 2009;13(2): Epub 2009/05/ Tan E, Weiss BM, Mena E, Korde N, Choyke PL, Landgren O. Current and future imaging modalities for multiple myeloma and its precursor states. Leuk Lymphoma. 2011;52(9): Epub 2011/06/ Baur-Melnyk A, Buhmann S, Becker C, Schoenberg SO, Lang N, Bartl R, et al. Whole-body MRI versus whole-body MDCT for staging of multiple myeloma. AJR Am J Roentgenol. 2008;190(4): Epub 2008/03/ Moulopoulos LA, Dimopoulos MA, Smith TL, Weber DM, Delasalle KB, Libshitz HI, et al. Prognostic significance of magnetic resonance imaging in patients with asymptomatic multiple myeloma. J Clin Oncol. 1995;13(1): Epub 1995/01/ Van de Berg BC, Lecouvet FE, Michaux L, Labaisse M, Malghem J, Jamart J, et al. Stage I multiple myeloma: value of MR imaging of the bone marrow in the determination of prognosis. Radiology. 1996;201(1): Epub 1996/10/ Zamagni E, Nanni C, Patriarca F, Englaro E, Castellucci P, Geatti O, et al. A prospective comparison of 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography-computed tomography, magnetic resonance imaging and whole-body planar radiographs in the assessment of bone disease in newly diagnosed multiple myeloma. Haematologica. 2007;92(1):50-5. Epub 2007/01/19. 52

60 50. Healy CF, Murray JG, Eustace SJ, Madewell J, O'Gorman PJ, O'Sullivan P. Multiple myeloma: a review of imaging features and radiological techniques. Bone Marrow Res. 2011;2011: Epub 2011/11/ Bauerle T, Hillengass J, Fechtner K, Zechmann CM, Grenacher L, Moehler TM, et al. Multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance: importance of whole-body versus spinal MR imaging. Radiology. 2009;252(2): Epub 2009/08/ Moulopoulos LA, Gika D, Anagnostopoulos A, Delasalle K, Weber D, Alexanian R, et al. Prognostic significance of magnetic resonance imaging of bone marrow in previously untreated patients with multiple myeloma. Ann Oncol. 2005;16(11): Epub 2005/08/ Greipp PR, San Miguel J, Durie BG, Crowley JJ, Barlogie B, Blade J, et al. International staging system for multiple myeloma. J Clin Oncol. 2005;23(15): Epub 2005/04/ Ailawadhi S, Abdelhalim AN, Derby L, Mashtare TL, Miller KC, Wilding GE, et al. Extent of disease burden determined with magnetic resonance imaging of the bone marrow is predictive of survival outcome in patients with multiple myeloma. Cancer. 2010;116(1): Epub 2009/10/ Winterbottom AP, Shaw AS. Imaging patients with myeloma. Clin Radiol. 2009;64(1):1-11. Epub 2008/12/ Luypaert R, Boujraf S, Sourbron S, Osteaux M. Diffusion and perfusion MRI: basic physics. Eur J Radiol. 2001;38(1): Epub 2001/04/ Dietrich O, Biffar A, Baur-Melnyk A, Reiser MF. Technical aspects of MR diffusion imaging of the body. Eur J Radiol. 2010;76(3): Epub 2010/03/ Dietrich O, Biffar A, Reiser MF, Baur-Melnyk A. Diffusion-weighted imaging of bone marrow. Semin Musculoskelet Radiol. 2009;13(2): Epub 2009/05/ Biffar A, Dietrich O, Sourbron S, Duerr HR, Reiser MF, Baur-Melnyk A. Diffusion and perfusion imaging of bone marrow. Eur J Radiol.76(3): Epub 2010/04/ Hillengass J, Bauerle T, Bartl R, Andrulis M, McClanahan F, Laun FB, et al. Diffusion-weighted imaging for non-invasive and quantitative monitoring of bone marrow infiltration in patients with monoclonal plasma cell disease: a comparative study with histology. Br J Haematol.153(6): Epub 2011/04/ Lenz C, Klarhofer M, Scheffler K, Winter L, Sommer G. Assessing extracranial tumors using diffusionweighted whole-body MRI. Z Med Phys.21(2): Epub 2010/10/ Baur A, Huber A, Ertl-Wagner B, Durr R, Zysk S, Arbogast S, et al. Diagnostic value of increased diffusion weighting of a steady-state free precession sequence for differentiating acute benign osteoporotic fractures from pathologic vertebral compression fractures. AJNR Am J Neuroradiol. 2001;22(2): Epub 2001/02/ Finelli DA. Diffusion-weighted imaging of acute vertebral compressions: specific diagnosis of benign versus malignant pathologic fractures. AJNR Am J Neuroradiol. 2001;22(2): Epub 2001/02/ Fenchel M, Konaktchieva M, Weisel K, Kraus S, Claussen CD, Horger M. Response assessment in patients with multiple myeloma during antiangiogenic therapy using arterial spin labeling and diffusionweighted imaging: a feasibility study. Acad Radiol. 2010;17(11): Epub 2010/09/ Horger M, Weisel K, Horger W, Mroue A, Fenchel M, Lichy M. Whole-body diffusion-weighted MRI with apparent diffusion coefficient mapping for early response monitoring in multiple myeloma: preliminary results. AJR Am J Roentgenol. 2010;196(6):W Epub 2011/05/ Biffar A, Sourbron S, Schmidt G, Ingrisch M, Dietrich O, Reiser MF, et al. Measurement of perfusion and permeability from dynamic contrast-enhanced MRI in normal and pathological vertebral bone marrow. Magn Reson Med. 2010;64(1): Epub 2010/06/ van der Woude HJ, Verstraete KL, Hogendoorn PC, Taminiau AH, Hermans J, Bloem JL. Musculoskeletal tumors: does fast dynamic contrast-enhanced subtraction MR imaging contribute to the characterization? Radiology. 1998;208(3): Epub 1998/09/ Moulopoulos LA, Maris TG, Papanikolaou N, Panagi G, Vlahos L, Dimopoulos MA. Detection of malignant bone marrow involvement with dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging. Ann Oncol. 2003;14(1): Epub 2002/12/ Nosas-Garcia S, Moehler T, Wasser K, Kiessling F, Bartl R, Zuna I, et al. Dynamic contrast-enhanced MRI for assessing the disease activity of multiple myeloma: a comparative study with histology and clinical markers. J Magn Reson Imaging. 2005;22(1): Epub 2005/06/ Zha Y, Li M, Yang J. Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging of diffuse spinal bone marrow infiltration in patients with hematological malignancies. Korean J Radiol. 2010;11(2): Epub 2010/03/ Hillengass J, Wasser K, Delorme S, Kiessling F, Zechmann C, Benner A, et al. Lumbar bone marrow microcirculation measurements from dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging is a predictor of event-free survival in progressive multiple myeloma. Clin Cancer Res. 2007;13(2 Pt 1): Epub 2007/01/27. 53

61 72. Hillengass J, Zechmann C, Bauerle T, Wagner-Gund B, Heiss C, Benner A, et al. Dynamic contrastenhanced magnetic resonance imaging identifies a subgroup of patients with asymptomatic monoclonal plasma cell disease and pathologic microcirculation. Clin Cancer Res. 2009;15(9): Epub 2009/04/ Scherer A, Wittsack HJ, Strupp C, Gattermann N, Haas R, Modder U. Vertebral fractures in multiple myeloma: first results of assessment of fracture risk using dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging. Ann Hematol. 2002;81(9): Epub 2002/10/ Zechmann CM, Traine L, Meissner T, Wagner-Gund B, Giesel FL, Goldschmidt H, et al. Parametric histogram analysis of dynamic contrast-enhanced MRI in multiple myeloma: a technique to evaluate angiogenic response to therapy? Acad Radiol. 2012;19(1): Epub 2011/12/ Lin C, Luciani A, Belhadj K, Deux JF, Kuhnowski F, Maatouk M, et al. Multiple myeloma treatment response assessment with whole-body dynamic contrast-enhanced MR imaging. Radiology. 2010;254(2): Epub 2010/01/ Mailankody S, Mena E, Yuan CM, Balakumaran A, Kuehl WM, Landgren O. Molecular and biologic markers of progression in monoclonal gammopathy of undetermined significance to multiple myeloma. Leuk Lymphoma. 2010;51(12): Epub 2010/10/ Padhani AR, Liu G, Koh DM, Chenevert TL, Thoeny HC, Takahara T, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging as a cancer biomarker: consensus and recommendations. Neoplasia. 2009;11(2): Epub 2009/02/ Anthonissen J. De plaats van whole-body magnetische resonantie en diffusie-gewogen beeldvorming in de diagnose en follow-up van multipel myeloom en MGUS [Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot Master in de Geneeskunde]. Gent: Universiteit Gent; Christiaens E. De klinische waarde van whole body magnetische resonantie en diffusion weighted imaging voor de diagnose, prognose en follow-up van multipel myeloom [Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot Master in de Geneeskunde]. Gent: Universiteit Gent; De Groote R. Het nut van whole body MRI en dynamische contrast enhanced MRI in de diagnose, prognose en follow-up van multipel myeloom en monoclonal gammopathy of undetermined significance [Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot Master in de Geneeskunde]. Gent: Universiteit Gent; Dutoit J. De klinische waarde van Whole-Body MRI en Dynamisch Contrast Enhanced MRI in de diagnose, prognose en follow-up van multipel myeloom. [Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot Master in de Geneeskunde]. Gent: Universiteit Gent; Nonomura Y, Yasumoto M, Yoshimura R, Haraguchi K, Ito S, Akashi T, et al. Relationship between bone marrow cellularity and apparent diffusion coefficient. J Magn Reson Imaging. 2001;13(5): Epub 2001/05/ Baur A, Dietrich O, Reiser M. Diffusion-weighted imaging of bone marrow: current status. Eur Radiol. 2003;13(7): Epub 2003/05/ Ward R, Caruthers S, Yablon C, Blake M, DiMasi M, Eustace S. Analysis of diffusion changes in posttraumatic bone marrow using navigator-corrected diffusion gradients. AJR Am J Roentgenol. 2000;174(3): Epub 2000/03/ Padhani AR, Koh DM, Collins DJ. Whole-body diffusion-weighted MR imaging in cancer: current status and research directions. Radiology. 2011;261(3): Epub 2011/11/ Liu Y, Tang GY, Tang RB, Peng YF, Li W. Assessment of bone marrow changes in postmenopausal women with varying bone densities: magnetic resonance spectroscopy and diffusion magnetic resonance imaging. Chinese medical journal. 2010;123(12): Epub 2010/09/ Padhani AR, Gogbashian A. Bony metastases: assessing response to therapy with whole-body diffusion MRI. Cancer imaging : the official publication of the International Cancer Imaging Society. 2011;11 Spec No A:S Epub 2011/12/22. 54

62 BIJLAGEN Bijlage 1.1. Diagnostische criteria voor MGUS, smouldering myeloom en multipel myeloom (naar Bird et al. (28)) Monoklonale gammopathie van Smouldering myeloom (SMM) Multipel myeloom ongekende betekenis (MGUS) Aan 3 criteria moet zijn voldaan: Aan 2 criteria moet zijn voldaan: Aan 3 criteria moet zijn voldaan: M-proteïne in serum <30 g/l M-proteïne in serum 30 g/l M-proteïne in serum/urine* En en/of en klonale plasmocytose in beenmerg klonale plasmocytose in beenmerg klonale plasmocytose in beenmerg 10% <10% 10% En en en afwezigheid van eindorgaanschade afwezigheid van eindorgaanschade tekens van myeloomgerelateerde schade (CRAB): (CRAB) (CRAB) Hypercalcemie: serum calcium >11,5 mg/dl Nierinsufficiëntie: serum creatinine >2 mg/dl of geschatte creatinineklaring < 40ml/min Anemie: normochroom, normocytisch met hemoglobine <10g/dl of >2g/dl onder de normale ondergrens Botletsels: lytische lesies, pathologische fracturen, of ernstige osteopenie te wijten aan de plasmacelproliferatie * Er is geen bepaalde concentratie vereist voor de diagnose. Een klein percentage van de patiënten heeft geen detecteerbaar M- proteïne in serum of urine maar heeft wel een beenmerg plasmocytose 10% en eindorgaanschade (niet-secreterend myeloom). Bijlage 1.2. ISS stadia en mediane overleving (naar Greipp et al. (53)) ISS Stadium Criteria Mediane overleving I Serum β2-microglobuline <3.5 mg/l Serum albumine 3.5 g/dl (maanden) Percentage patiënten bij diagnose (%) II Niet stadium I of III III Serum β2-microglobuline 5.5 mg/l Bijlage 1.3. Risicofactoren voor progressie van SMM tot MM. (Naar Landgren et al.(31), Korde et al.(15)) Definitie Aantal Progressie na 5 jaar RR risicofactoren (%) Mayo Clinic: M-eiwit 3 g/dl, beenmerg plasmocytose 10%, FLC ratio <0,125 of > Spanish study group: 95% apc in beenmerg, immunoparese FLC = free light chains, apc = aberrante plasmacellen, RR = relatief risico 55

63 Bijlage 1.4. Responscriteria volgens IMWG. (Naar Bird et al., (28)) Respons scr Criteria CR plus normale FLC ratio, en afwezigheid klonale cellen in het beenmerg gedocumenteerd met immunofluorescentie of immuunhistochemie CR VGPR PR Stabiele ziekte Progressieve ziekte Relaps Negatieve immunofixatie op serum en urine, beenmerg plasmocytose <5%, en afwezigheid van extramedullaire plasmocytomen Serum/urine M-proteïne detecteerbaar op immunofixatie maar niet op elektroforese of 90% reductie in serum M-proteïne en urinair M-proteïne <100 mg/24u 50% reductie in serum M-proteïne en reductie urinair M-proteïne per 24u met 90% of tot <200mg of 50% reductie in FLC ratio of 50% reductie in beenmerg plasmocytose en aanwezige extramedullaire plasmocytomen zijn minimaal de helft kleiner geworden Voldoet niet aan definities van CR, VGPR, PR of progressieve ziekte 25% stijging van M-proteïne in serum of urine (absolute stijging 5g/l resp. 200mg/24u) of 25% stijging in FLC ratio (absolute stijging 100mg/l) of 25% stijging in beenmerg plasmocytose (absolute waarde 10%) of nieuwe botletsels of extramedullair plasmocytoom of ontwikkeling van hypercalciëmie Ontwikkeling nieuwe botletsels of plasmocytomen of toename grootte van bestaande botletsels of plasmocytomen met 50% en >1cm of hypercalciëmie (>11,5 mg/dl) of daling hemoglobine met 2g/dl of stijging creatinine met 2mg/dl scr: stringent complete response, CR: complete response, VGPR: very good partial response, PR: partial response, FLC ratio: verhouding van het aantal pathologische lichte ketens op het aantal normale lichte ketens Bijlage 1.5. Klinische parameters bij nieuw gediagnosticeerde patiënten met multipel myeloom (naar Kyle et al.(53)) Teken Prevalentie (%) Hypercalcemie (Ca > 11 mg/dl) 13 Nierinsufficiëntie (Cr > 2mg/dl) 19 Anemie (Hb <12 g/dl) 73 Botletsels op RX 79 Verhoogd β 2 -microglobuline 75 M proteine, elektroforese 82 M proteine, immunofixatie 93 Gewichtsverlies 25 Paresthesie 5 Koorts 0,7 Botpijn 58 Nonsecretoir myeloom 3 Light Chain myeloom 20 Bence Jones proteinurie 78 Ca= calcium, Cr= creatinine, Hb= hemoglobine, RX= radiografie 56

64 Bijlage 1.6. Verdeling van diagnosen in deze patiëntenpopulatie. Diagnose Aantal (%) Multipel myeloom (floried) 131 (42,4%) Multipel myeloom in remissie 37 (12,0%) MGUS 72 (23,3%) Smouldering myeloom 19 (6,2%) Solitair Plasmocytoom 5 (1,6%) Controle 23 (7,4%) Andere 22 (7,1%) Bijlage 1.7. Beschrijvende statistiek voor de nieuwe MM patiënten. Variabele N % Gemiddelde Standaarddeviatie Minimum Maximum Leeftijd 117 nvt 62,5 11, Plasmocytose 62 nvt 29,4 27, Skeletscore 115 nvt 5,9 5, ß2-microglobuline (mg/l) 90 nvt 3,8 6,18 1,2 57,7 Albumine (g/dl) 106 nvt 4,1 0,66 1,9 5,4 ISS I 25 65,8 nvt nvt nvt nvt ISS II 8 21,1 nvt nvt nvt nvt ISS III 5 13,2 nvt nvt nvt nvt Mannelijk geslacht 41 61,2 nvt nvt nvt nvt WB MRI positief 55 98,2 nvt nvt nvt nvt DCE positief 51 92,7 nvt nvt nvt nvt DWI positief 36 73,5 nvt nvt nvt nvt Nvt : niet van toepassing Bijlage 1.8. Patroon van MRI-aantasting bij nieuwe MM-patiënten Patroon Frequentie (%) Normaal 3,3% Focaal 12,4% Mixed 13,2% Diffuus 71,1% 57

65 Bijlage 2.1. Whole-body MRI beelden van een MM patiënt met diffuse aantasting van de wervelzuil. Links: coronaal T1W, midden: coronaal T2W, rechts: sagittaal T1W Bijlage 2.2. Patronen van beenmerginfiltratie op T1-gewogen beelden. Links: focaal, midden: gemengd, rechts: diffuus. 58

66 Bijlage 2.3. Diffusiegewogen beelden van de lumbale wervelzuil in sagittaal vlak, bij toenemende b-waarden. Van links naar rechts: b0, b200, b400, b600, b1000. Nieuwe diagnose multipel myeloom met diffuus aantastingspatroon. Bijlage 2.4. Tijd-intensiteitcurves voor (links) en 100 dagen na (rechts) autologe stamceltransplantatie bij een 53- jarige man met multipel myeloom. De klinische respons werd geclassificeerd als een VGPR. De amplitude en slope van de wash-in fase zijn duidelijk afgenomen. Rood: aorta, blauw: paravertebrale spier, geel: corpus van de derde lumbaalwervel. 59