Diagnostischer Wert von ADC-Parameterkarten in der MR-Diagnostik des Prostatakarzinoms: Einfluss der Wahl verschiedener b-Werte

Zielsetzung: Die diffusionsgewichtete Bildgebung ist wesentlicher Bestandteil der Magnetresonanz-tomographie des Prostatakarzinoms (PCa). Aus entsprechenden Rohdaten, aufgenommen bei verschie-denen b-Werten (Diffusionswichtungsfaktoren), kann der Diffusionskoeffizient (apparent diffusion coefficient - ADC) abgeschätzt werden, der ein sensitiver Indikator für maligne Veränderungen der Gewebearchitektur ist. Die absoluten ADC-Werte sind allerdings stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und darüber hinaus gibt es Hinweise, dass die Wahl der b-Werte einen signifikanten Einfluss auf die visuelle Analyse, insbesondere auf die Abgrenzbarkeit der Läsion von der Umgebung und auf den Kontrast hat. Es wurde daher untersucht, inwieweit die Wahl der b-Werte den diagnostischen Wert des ADC im Hinblick auf die Detektion und Beurteilung des PCa hat. Methodik: 41 konsekutive Patienten mit gesichertem PCa erhielten eine multiparametrische, endorektale MR-Bildgebung bei 3 Tesla. Die ADC-Karten wurden retrospektiv auf Basis vier verschiedener Kombinationen von b-Werten (0-800 s/mm2) berechnet. Drei Untersucher bestimmten die „führende“ Läsion und beurteilten dann den diagnostischen Wert der jeweiligen ADC-Karten (Visual Score - VS) mit sehr gut (2), befriedigend (1) oder schlecht (0). Für die quantitative Auswertung wurden der mittlere ADC für gesundes und für Tumorgewebe bestimmt. Unterschiede in Abhängigkeit von den gewählten b-Werten wurden mittels statistischer Tests (einseitige ANOVA, Faktor Methode, Signifikanzniveau 5 %) ausgewertet. Ergebnisse: 85 % der Tumoren wurden von den Auswertern richtig erkannt. Die Wahl der b-Werte hatte hochgradig signifikanten (P<0,001) Einfluss auf die absoluten ADC-Werte in gesundem und verändertem Gewebe. ADC-Karten auf Basis von b=[50, 800] und [0, 800] wurden am besten (VS=1,6±0,3) und zweitbesten (VS=1,1±0,3; P<0,001) bewertet. Insbesondere für niedrig-gradige Karzinome (Gleason Score ≤ 6, 13/41 Patienten), wurde nur die Kombination [50, 800] besser als befriedigend (VS=1,4±0,3) bewertet. Der mittlere Tumor-ADC zeigte eine moderate aber signifikant negative Korrelation (Spearman ρ: -0,38 bis -0,46; P<0,05) mit dem Gleason Score. Schlussfolgerung: Absolute ADC-Werte sind stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und eignen sich daher nicht zur allgemeingültigen Charakterisierung von Prostatakarzinomen. Ein minimaler b-Wert > 0 s/mm2 wird für die Berechnung der ADC-Karten im Hinblick auf eine nachweislich verbesserte visuelle Auswertbarkeit empfohlen

Targeting accuracy, procedure times and user experience of 240 experimental MRI biopsies guided by a clinical add-on navigation system: Targeting accuracy, procedure times and user experience of 240 experimental MRI biopsies guided by a clinical add-onnavigation system

Objectives: MRI is of great clinical utility for the guidance of special diagnostic and therapeutic interventions. The majority of such procedures are performed iteratively (\"in-and-out\") in standard, closed-bore MRI systems with control imaging inside the bore and needle adjustments outside the bore. The fundamental limitations of such an approach have led to the development of various assistance techniques, from simple guidance tools to advanced navigation systems. The purpose of this work was to thoroughly assess the targeting accuracy, workflow and usability of a clinical add-on navigation solution on 240 simulated biopsies by different medical operators. Methods: Navigation relied on a virtual 3D MRI scene with real-time overlay of the optically tracked biopsy needle. Smart reference markers on a freely adjustable arm ensured proper registration. Twenty-four operators – attending (AR) and resident radiologists (RR) as well as medical students (MS) – performed well-controlled biopsies of 10 embedded model targets (mean diameter: 8.5 mm, insertion depths: 17-76 mm). Targeting accuracy, procedure times and 13 Likert scores on system performance were determined (strong agreement: 5.0). Results: Differences in diagnostic success rates (AR: 93%, RR: 88%, MS: 81%) were not significant. In contrast, between-group differences in biopsy times (AR: 4:15, RR: 4:40, MS: 5:06 min: sec) differed significantly (p<0.01). Mean overall rating was 4.2. The average operator would use the system again (4.8) and stated that the outcome justifies the extra effort (4.4). Lowest agreement was reported for the robustness against external perturbations (2.8). Conclusions: The described combination of optical tracking technology with an automatic MRI registration appears to be sufficiently accurate for instrument guidance in a standard (closed-bore) MRI environment. High targeting accuracy and usability was demonstrated on a relatively large number of procedures and operators. Between groups with different expertise there were significant differences in experimental procedure times but not in the number of successful biopsies

Diagnostischer Wert von ADC-Parameterkarten in der MR-Diagnostik des Prostatakarzinoms: Einfluss der Wahl verschiedener b-Werte

Zielsetzung: Die diffusionsgewichtete Bildgebung ist wesentlicher Bestandteil der Magnetresonanz-tomographie des Prostatakarzinoms (PCa). Aus entsprechenden Rohdaten, aufgenommen bei verschie-denen b-Werten (Diffusionswichtungsfaktoren), kann der Diffusionskoeffizient (apparent diffusion coefficient - ADC) abgeschätzt werden, der ein sensitiver Indikator für maligne Veränderungen der Gewebearchitektur ist. Die absoluten ADC-Werte sind allerdings stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und darüber hinaus gibt es Hinweise, dass die Wahl der b-Werte einen signifikanten Einfluss auf die visuelle Analyse, insbesondere auf die Abgrenzbarkeit der Läsion von der Umgebung und auf den Kontrast hat. Es wurde daher untersucht, inwieweit die Wahl der b-Werte den diagnostischen Wert des ADC im Hinblick auf die Detektion und Beurteilung des PCa hat. Methodik: 41 konsekutive Patienten mit gesichertem PCa erhielten eine multiparametrische, endorektale MR-Bildgebung bei 3 Tesla. Die ADC-Karten wurden retrospektiv auf Basis vier verschiedener Kombinationen von b-Werten (0-800 s/mm2) berechnet. Drei Untersucher bestimmten die „führende“ Läsion und beurteilten dann den diagnostischen Wert der jeweiligen ADC-Karten (Visual Score - VS) mit sehr gut (2), befriedigend (1) oder schlecht (0). Für die quantitative Auswertung wurden der mittlere ADC für gesundes und für Tumorgewebe bestimmt. Unterschiede in Abhängigkeit von den gewählten b-Werten wurden mittels statistischer Tests (einseitige ANOVA, Faktor Methode, Signifikanzniveau 5 %) ausgewertet. Ergebnisse: 85 % der Tumoren wurden von den Auswertern richtig erkannt. Die Wahl der b-Werte hatte hochgradig signifikanten (P<0,001) Einfluss auf die absoluten ADC-Werte in gesundem und verändertem Gewebe. ADC-Karten auf Basis von b=[50, 800] und [0, 800] wurden am besten (VS=1,6±0,3) und zweitbesten (VS=1,1±0,3; P<0,001) bewertet. Insbesondere für niedrig-gradige Karzinome (Gleason Score ≤ 6, 13/41 Patienten), wurde nur die Kombination [50, 800] besser als befriedigend (VS=1,4±0,3) bewertet. Der mittlere Tumor-ADC zeigte eine moderate aber signifikant negative Korrelation (Spearman ρ: -0,38 bis -0,46; P<0,05) mit dem Gleason Score. Schlussfolgerung: Absolute ADC-Werte sind stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und eignen sich daher nicht zur allgemeingültigen Charakterisierung von Prostatakarzinomen. Ein minimaler b-Wert > 0 s/mm2 wird für die Berechnung der ADC-Karten im Hinblick auf eine nachweislich verbesserte visuelle Auswertbarkeit empfohlen

Diagnostischer Wert von ADC-Parameterkarten in der MR-Diagnostik des Prostatakarzinoms: Einfluss der Wahl verschiedener b-Werte

Zielsetzung: Die diffusionsgewichtete Bildgebung ist wesentlicher Bestandteil der Magnetresonanz-tomographie des Prostatakarzinoms (PCa). Aus entsprechenden Rohdaten, aufgenommen bei verschie-denen b-Werten (Diffusionswichtungsfaktoren), kann der Diffusionskoeffizient (apparent diffusion coefficient - ADC) abgeschätzt werden, der ein sensitiver Indikator für maligne Veränderungen der Gewebearchitektur ist. Die absoluten ADC-Werte sind allerdings stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und darüber hinaus gibt es Hinweise, dass die Wahl der b-Werte einen signifikanten Einfluss auf die visuelle Analyse, insbesondere auf die Abgrenzbarkeit der Läsion von der Umgebung und auf den Kontrast hat. Es wurde daher untersucht, inwieweit die Wahl der b-Werte den diagnostischen Wert des ADC im Hinblick auf die Detektion und Beurteilung des PCa hat. Methodik: 41 konsekutive Patienten mit gesichertem PCa erhielten eine multiparametrische, endorektale MR-Bildgebung bei 3 Tesla. Die ADC-Karten wurden retrospektiv auf Basis vier verschiedener Kombinationen von b-Werten (0-800 s/mm2) berechnet. Drei Untersucher bestimmten die „führende“ Läsion und beurteilten dann den diagnostischen Wert der jeweiligen ADC-Karten (Visual Score - VS) mit sehr gut (2), befriedigend (1) oder schlecht (0). Für die quantitative Auswertung wurden der mittlere ADC für gesundes und für Tumorgewebe bestimmt. Unterschiede in Abhängigkeit von den gewählten b-Werten wurden mittels statistischer Tests (einseitige ANOVA, Faktor Methode, Signifikanzniveau 5 %) ausgewertet. Ergebnisse: 85 % der Tumoren wurden von den Auswertern richtig erkannt. Die Wahl der b-Werte hatte hochgradig signifikanten (P<0,001) Einfluss auf die absoluten ADC-Werte in gesundem und verändertem Gewebe. ADC-Karten auf Basis von b=[50, 800] und [0, 800] wurden am besten (VS=1,6±0,3) und zweitbesten (VS=1,1±0,3; P<0,001) bewertet. Insbesondere für niedrig-gradige Karzinome (Gleason Score ≤ 6, 13/41 Patienten), wurde nur die Kombination [50, 800] besser als befriedigend (VS=1,4±0,3) bewertet. Der mittlere Tumor-ADC zeigte eine moderate aber signifikant negative Korrelation (Spearman ρ: -0,38 bis -0,46; P<0,05) mit dem Gleason Score. Schlussfolgerung: Absolute ADC-Werte sind stark von der Wahl der zugrundeliegenden b-Werte abhängig und eignen sich daher nicht zur allgemeingültigen Charakterisierung von Prostatakarzinomen. Ein minimaler b-Wert > 0 s/mm2 wird für die Berechnung der ADC-Karten im Hinblick auf eine nachweislich verbesserte visuelle Auswertbarkeit empfohlen

Whole-body diffusion-weighted imaging in chronic recurrent multifocal osteomyelitis in children: Whole-body diffusion-weighted imaging inchronic recurrent multifocal osteomyelitis inchildren

Objective: Chronic recurrent multifocal osteomyelitis/ chronic non-bacterial osteomyelitis (CRMO/CNO) is a rare auto-inflammatory disease and typically manifests in terms of musculoskeletal pain. Because of a high frequency of musculoskeletal disorders in children/ adolescents, it can be quite challenging to distinguish CRMO/ CNO from nonspecific musculosketetal pain or from malignancies. The purpose of this study was to evaluate the visibility of CRMO lesions in a whole-body diffusion-weighted imaging (WB-DWI) technique and its potential clinical value to better characterize MR-visible lesions. Materials and methods: Whole-body imaging at 3T was performed in 16 patients (average: 13 years) with confirmed CRMO. The protocol included 2D Short Tau Inversion Recovery (STIR) imaging in coronal and axial orientation as well as diffusion-weighted imaging in axial orientation. Visibility of lesions in DWI and STIR was evaluated by two readers in consensus. The apparent diffusion coefficient (ADC) was measured for every lesion and corresponding reference locations. Results: A total of 33 lesions (on average 2 per patient) visible in STIR and DWI images (b = 800 s/mm2 and ADC maps) were included, predominantly located in the long bones. With a mean value of 1283 mm2/s in lesions, the ADC was significantly higher than in corresponding reference regions (782 mm2/s). By calculating the ratio (lesion to reference), 82% of all lesions showed a relative signal increase of 10% or higher and 76% (25 lesions) showed a signal increase of more than 15%. The median relative signal increase was 69%. Conclusion: This study shows that WB-DWI can be reliably performed in children at 3T and predominantly, the ADC values were substantially elevated in CRMO lesions. WB-DWI in conjunction with clinical data is seen as a promising technique to distinguish benign inflammatory processes (in terms of increased ADC values) from particular malignancies

Mean Likert item scores on usability and workflow of navigation tool by 24 operators from three groups.

<p>* AR: attending radiologists, RR: resident radiologists, and MS: medical students</p><p>^† opposite item with reverse score, original item was negatively keyed</p><p>Mean Likert item scores on usability and workflow of navigation tool by 24 operators from three groups.</p

Experimental total biopsy times for 24 operators from three different groups (AR, RR, MS).

<p>Each operator performed 10 biopsy cycles in the same order. Each box with whiskers represents the summary of 80 biopsy times from 8 operators. The gray box and black line indicate Q1–Q3. Whiskers were plotted according to the definition by J. W. Tukey and either indicate the last values a maximum of 1.5 × IQR (interquartile range = Q3–Q1) away from Q1 and Q3, respectively, or the minimum and maximum, whichever comes first. Each group had 2–3 upper outliers (gray circles) with times greater than Q3 + 1.5 × IQR. The black circles indicate the mean biopsy times, which were significantly different between groups (p < 0.01). Post-hoc Bonferroni testing revealed significant differences between AR and RR as well as AR and MS.</p

Mean Likert item scores on usability and workflow of navigation tool by 24 operators from three groups.

<p>* AR: attending radiologists, RR: resident radiologists, and MS: medical students</p><p>^† opposite item with reverse score, original item was negatively keyed</p><p>Mean Likert item scores on usability and workflow of navigation tool by 24 operators from three groups.</p

Experimental total biopsy times for 24 operators as a function of target number with variable target depth and ease of access.

<p>Each operator approached the targets #1 - #10 in the same order (see <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0134370#pone.0134370.g002" target="_blank">Fig 2</a> for details). Each box with whiskers represents the summary of 24 approaches of a single target by all operators (see <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0134370#pone.0134370.g005" target="_blank">Fig 5</a> for plot details). Four targets had 1–2 upper outliers (gray circles) with times greater than Q3 + 1.5 × IQR. The statistical differences in the biopsy time per target (black circles indicate mean) were not significant (p = 0.065).</p

Standardized biopsy phantom.

<p>(a) Acrylic glass cylinder (10 cm high and 20 cm in diameter) with model vasculature and target positioning template. A three-dimensional structure of silicone tubes served as model vasculature that needed to be avoided. Custom-drilled holes inside a stainless steel disc ensured that experimental targets were placed in the same 3D positions for all trials. (b) The tissue phantom was made out of ordinary red cake glaze in double concentration (160 g powder per 400 ml of water). Ten ordinary green peas were embedded as biopsy targets. The surface of the hardened glaze was later impregnated with a virucidal hand disinfectant (Sterilium Viruguard) and the phantom was stored in a refrigerator. (c) Target difficulty varied with insertion depth (four distinct levels between 17–76 mm from the phantom surface) and placement with respect to the vasculature. Three targets (# 4, 7 and 9) were located under a vessel or another target and could only be accessed by an oblique path. (d) Photograph of tissue samples taken with the fully automatic biopsy gun. Biopsy was counted as success when sample contained green material from the pea (+ sign). Samples of base material (cake glaze) appeared red (–sign).</p