Non-invasive detection of 2-hydroxyglutarate (2HG) by magnetic resonance spectroscopy is attractive since it is related to tumor metabolism. Here, we compare the detection accuracy of 2HG in a controlled phantom setting via widely used localized spectroscopy sequences quantified by linear combination of metabolite signals vs. a more complex approach applying a J-difference editing technique at 9.4T.Different phantoms, comprised out of a concentration series of 2HG and overlapping brain metabolites, were measured with an optimized point-resolved-spectroscopy sequence (PRESS) and an in-house developed J-difference editing sequence. The acquired spectra were post-processed with LCModel and a simulated metabolite set (PRESS) or with a quantification formula for J-difference editing.Linear regression analysis demonstrated a high correlation of real 2HG values with those measured with the PRESS method (adjusted R-squared: 0.700, p<0.001) as well as with those measured with the J-difference editing method (adjusted R-squared: 0.908, p<0.001). The regression model with the J-difference editing method however had a significantly higher explanatory value over the regression model with the PRESS method (p<0.0001). Moreover, with J-difference editing 2HG was discernible down to 1mM, whereas with the PRESS method 2HG values were not discernable below 2mM and with higher systematic errors, particularly in phantoms with high concentrations of N-acetyl-asparate (NAA) and glutamate (Glu).In summary, quantification of 2HG with linear combination of metabolite signals shows high systematic errors particularly at low 2HG concentration and high concentration of confounding metabolites such as NAA and Glu. In contrast, J-difference editing offers a more accurate quantification even at low 2HG concentrations, which outweighs the downsides of longer measurement time and more complex postprocessing.
Die nichtinvasive Detektion von 2-Hydroxyglutarat (2HG) durch Magnetresonanzspektroskopie ist ein interessantes Verfahren, weil sie Rückschlüsse auf den Tumormetabolismus erlaubt. Hier vergleichen wir die Genauigkeit der Detektion von 2HG in einem kontrollierten Umfeld im Phantom durch eine geläufige lokalisierte MR-Spektroskopie-Sequenz und Quantifikation durch lineare Kombination von Metabolitensignalen sowie durch einen komplexeren Ansatz mittels J-Differenz-Editierung bei 9.4T.Phantome mit verschiedenen Konzentrationen von 2HG und regulär im Gehirn vorkommenden Metaboliten, welche das Spektrum von 2HG überlagern, wurden durch eine optimierte “point-resolved-spectroscopy sequence (PRESS)” und eine in unserer Abteilung entwickelte J-Differenz-Editierungssequenz gemessen. Die durch PRESS erworbenen Spektren wurden mit LCModel und einem simulierten Metaboliten-Basis-Set nachbearbeitet, während die Auswertung der Differenzspektren durch die Anwendung einer Quantifizierungsformel erfolgte.Die lineare Regressionsanalyse zeigte eine hohe Korrelation zwischen den echten 2HG-Werten und denen, welche mit der PRESS-Methode (korrigiertes R-Quadrat 0.700, p<0.001) und der J-Differenz-Editierungsmethode (korrigiertes R-Quadrat: 0.908, p<0.001) gemessen wurden. Allerdings hatte das Regressionsmodell der J-Differenz-Editierungsmethode einen signifikant höheren Erklärungswert als das Regressionsmodell der PRESS-Methode (p<0.0001). Darüber hinaus war bei der J-Differenz-Editierungsmethode 2HG bis zu 1mM erkennbar, wogegen mit dem PRESS-Verfahren 2HG unter 2mM nicht nachgewiesen werden konnte. Die PRESS-Methode war insgesamt mit höheren systematischen Fehlern behaftet, insbesondere bei Phantomen mit hohen Konzentrationen von N-acetyl-aspartat (NAA) und Glutamat (Glu).Zusammengefasst zeigt die Quantifizierung durch lineare Kombination der Metabolitensignale einen hohen systematischen Fehler besonders bei niedrigen 2HG-Konzentrationen und hoher Konzentration von störenden Metaboliten wie NAA und Glu. J-Differenz-Editierung ermöglicht dagegen eine genauere Quantifizierung selbst bei niedrigen 2HG-Konzentration, was gegenüber den Nachteilen, wie längere Messzeit und komplexere Nachbearbeitung, überwiegt.