Quantitative diffusion-weighted imaging in breast and liver tissue

Abstract

Diffusie-gewogen beeldvorming (DWI) is een biomedische toepassing van MRI, gebaseerd op diffusie (de willekeurige verplaatsing) van waterstof protonen in het menselijk lichaam. Met o.a. DWI beelden beoordeelt een radioloog visueel of er afwijkingen aanwezig zijn in het onderzochte orgaan.Visuele beoordeling is echter subjectief. Een alternatief is kwantitatieve analyse, waarbij de diffusie in afwijkingen wordt gemeten, uitgedrukt in een getal en vergeleken met gezond weefsel. Dit heeft als voordeel dat de beoordeling niet of nauwelijks afhangt van diegene die het uitvoert. Er zijn twee modellen onderzocht voor de kwantitatieve analyse van diffusie in de lever en de borst. Het intravoxel incoherent motion (IVIM) model splitst diffusie op in langzame en snelle diffusie. Snelle diffusie komt voor in goed doorbloede weefsels, zoals tumoren. Het tweede model gebruikt een enkele maat, de apparent diffusion coefficient (ADC). De voor- en nadelen van beide modellen zijn onderzocht in DWI studies van de lever. Diffusie is afhankelijk van het vetpercentage en de ADC blijkt bovendien afhankelijk van de meetlocatie in de lever.Er is een nieuwe methode geïntroduceerd waarmee de beoordelaar semiautomatisch een borsttumor kan selecteren en analyseren. IVIM kan hierdoor beter goed- en kwaadaardige borsttumoren van elkaar onderscheiden, vergeleken met de ADC. Ook bleek de methode onafhankelijk van de beoordelaar. In de dagelijkse praktijk ondergaat een groep patiënten met verdenking op borstkanker een invasieve procedure om uitsluitsel te geven. In de toekomst kan mogelijk een aantal van deze invasieve procedures worden voorkomen door het integreren van IVIM in het diagnostische proces.Diffusion-weighted imaging (DWI) is a biomedical application of MRI, based on diffusion (random walk) of hydrogen protons in the human body. By visual inspection of DWI, and other MRI images, the radiologist determines whether there is any pathology present in the organ examined.Visual assessment is subjective. Quantitative analysis provides an objective alternative for assessing the diffusion of pathology by expressing it in a number in comparison with healthy tissue. The benefit of this approach is that it does not depend on the reader. Two models for quantitative analysis of diffusion in the liver and breast were investigated. The intravoxel incoherent motion (IVIM) model separates diffusion into slow and fast diffusion. Fast diffusion is present in highly perfused tissues, such as tumors. The second model describes only one parameter, the apparent diffusion coefficient (ADC). Benefits and drawbacks of both models were investigated in DWI studies of the liver. Diffusion is dependent on the hepatic fat fraction, and the ADC furthermore on the measurement location in the liver.A novel method was introduced for semi-automatic selection and analysis of breast lesions. This provides better discrimination between benign and malignant breast lesions compared to the ADC. Moreover, the method appeared independent of the reader.In daily practice, a group of patients suspected of breast cancer is subject to an invasive procedure to provide a diagnosis. The number of invasive procedures may be reduced in the future when IVIM is implemented in the diagnostic algorithm