Rofo 2010; 182(1): 45-52
DOI: 10.1055/s-0028-1109713
Thorax

© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

A Hybrid Breath Hold and Continued Respiration-Triggered Technique for Time-Resolved 3D MRI Perfusion Studies in Lung Cancer

Eine hybride, atemangehaltene und atemgetriggerte Technik zu zeitaufgelösten 3-D-MRT-Perfusionsstudien beim LungenkarzinomC. Hintze1 , A. Stemmer2 , M. Bock3 , T. A. Kuder1 , F. Risse3 , J. Dinkel1 , H. Prüm3 , M. Puderbach1 , C. Fink1, 4 , J. Biederer1, 5 , H.-U. Kauczor1, 6
  • 1Radiologie, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
  • 2Healthcare Sector, Siemens AG
  • 3Medizinische Physik in der Radiologie, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
  • 4Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Mannheim
  • 5Klinik für Diagnostische Radiologie, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel
  • 6Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Heidelberg
Further Information

Publication History

received: 26.11.2008

accepted: 14.7.2009

Publication Date:
26 October 2009 (online)

Zusammenfassung

Ziel: Die Beurteilung der Perfusion beim Lungenkarzinom wird durch die Atembewegung erschwert. Die Zeit zur Messung des Kontrastmittel-Wash-outs übersteigt die Möglichkeiten des Atemanhalts und die Atemtriggerung reduziert die zeitliche Auflösung. Zur Beurteilung der Heterogenität ist die zeitlich aufgelöste Erfassung des gesamten Tumors notwendig. Unser Ziel war die Entwicklung und Evaluierung einer MR-Messtechnik, die einen Atemanhalt übersteigt, eine zur Messzeit variable zeitliche Auflösung bietet und die atemabhängige Bewegung aufhebt. Material und Methoden: 20 Patienten mit V. a. Lungenkarzinom wurden mit einer zeitlich aufgelösten, gespoilten 3-D-Gradientenecho-Sequenz nach einer Bolusinjektion von 0,07 mmol/kg Körpergewicht Gd-DTPA untersucht. 10 Akquisitionen in expiratorischem Atemanhalt und 50 unter freier Atmung und Navigatortriggerung wurden erfasst. Die Nachverarbeitung erlaubte die Co-Registrierung der 3-D-Datensätze. Eine ROI-basierte Visualisierung der Signal-Zeit-Kurven wurde durchgeführt. Ergebnisse: In allen Fällen konnten bewegungsfreie Volumendatensätze (40 × 33 × 10 cm3, Voxelgröße: 2,1 × 2,1 × 5,0 mm3) mit einer an das Atemmuster angepassten, variablen und initial hohen Zeitauflösung (2,25 s) über bis zu 8œ min erzeugt werden. In 7 / 20 Fällen konnte ein verbleibender Versatz über eine rigide Registrierung reduziert werden. Die Tumoren zeigten einen schnellen Wash-in und im Verlauf einen deutlichen Signalabfall (8 / 20) oder ein Plateau. Schlussfolgerung: Die Erfassung der Perfusion mit einer zeitaufgelösten 3-D-MR-Messtechnik in hybridem Atemanhalt und Navigatortriggerung unter freier Atmung mit einer initial hohen zeitlichen Auflösung und lang anhaltender Erfassung des Wash-outs konnte erfolgreich gezeigt werden.

Abstract

Purpose: Assessment of lung cancer perfusion is impaired by respiratory motion. Imaging times for contrast agent wash-out studies often exceed breath hold capabilities, and respiration triggering reduces temporal resolution. Temporally resolved volume acquisition of entire tumors is required to assess heterogeneity. Therefore, we developed and evaluated an MR measurement technique that exceeds a single breath hold, and provides a variable temporal resolution during acquisition while suspending breath-dependent motion. Materials and Methods: 20 patients with suspected lung cancer were subjected to perfusion studies using a spoiled 3D gradient echo sequence after bolus injection of 0.07 mmol/kg body weight of Gd-DTPA. 10 acquisitions in expiratory breath hold were followed by 50 navigator-triggered acquisitions under free breathing. Post-processing allowed for co-registration of the 3D data sets. An ROI-based visualization of the signal-time curves was performed. Results: In all cases motion-suspended, time-resolved volume data sets (40 × 33 × 10 cm3, voxel size: 2.1 × 2.1 × 5.0 mm3) were generated with a variable, initially high temporal resolution (2.25 sec) that was synchronized with the breath pattern and covered up to 8œ min. In 7 / 20 cases a remaining offset could be reduced by rigid co-registration. The tumors showed fast wash-in, followed by rapid signal decay (8 / 20) or a plateau. Conclusion: The feasibility of a perfusion study with hybrid breath hold and navigator-triggered time-resolved 3D MRI which combines high initial temporal resolution during breath hold with a long wash-out period under free breathing was demonstrated.

References

  • 1 Korosec F R, Frayne R, Grist T M. et al . Time-resolved contrast-enhanced 3D MR angiography.  Magn Reson Med. 1996;  36 345-351
  • 2 Madore B, Pelc N J. New approach to 3D time-resolved angiography.  Magn Reson Med. 2002;  47 1022-1025
  • 3 Hatabu H, Gaa J, Kim D. et al . Pulmonary perfusion: qualitative assessment with dynamic contrast-enhanced MRI using ultra-short TE and inversion recovery turbo FLASH.  Magn Reson Med. 1996;  36 503-508
  • 4 Fink C, Puderbach M, Bock M. et al . Regional lung perfusion: assessment with partially parallel three-dimensional MR imaging.  Radiology. 2004;  231 175-184
  • 5 Fink C, Ley S, Kroeker R. et al . Time-resolved contrast-enhanced three-dimensional magnetic resonance angiography of the chest: combination of parallel imaging with view sharing (TREAT).  Invest Radiol. 2005;  40 40-48
  • 6 Ohno Y, Hatabu H, Takenaka D. et al . Dynamic MR imaging: value of differentiating subtypes of peripheral small adenocarcinoma of the lung.  Eur J Radiol. 2004;  52 144-150
  • 7 Eichinger M, Puderbach M, Fink C. et al . Contrast-enhanced 3D MRI of lung perfusion in children with cystic fibrosis – initial results.  Eur Radiol. 2006;  16 2147-2152
  • 8 Molinari F, Fink C, Risse F. et al . Assessment of differential pulmonary blood flow using perfusion magnetic resonance imaging: comparison with radionuclide perfusion scintigraphy.  Invest Radiol. 2006;  41 624-630
  • 9 Ley S, Fink C, Puderbach M. et al . Kontrastmittelverstärkte 3D-MR-Perfusion der Lunge: Einsatz paralleler Bildgebungstechniken bei gesunden Probanden.  Fortschr Röntgenstr. 2004;  176 330-334
  • 10 Fink C, Risse F, Buhmann R. et al . Quantitative analysis of pulmonary perfusion using time-resolved parallel 3D MRI – initial results.  Fortschr Röntgenstr. 2004;  176 170-174
  • 11 Fink C, Ley S, Risse F. et al . Effect of inspiratory and expiratory breathhold on pulmonary perfusion: assessment by pulmonary perfusion magnetic resonance imaging.  Invest Radiol. 2005;  40 72-79
  • 12 Nikolaou K, Schoenberg S O, Brix G. et al . Quantification of pulmonary blood flow and volume in healthy volunteers by dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging using a parallel imaging technique.  Invest Radiol. 2004;  39 537-545
  • 13 Schäfer J F, Vollmar J, Schick F. et al . Solitary pulmonary nodules: dynamic contrast-enhanced MR imaging – perfusion differences in malignant and benign lesions.  Radiology. 2004;  232 544-553
  • 14 Ohno Y, Nogami M, Higashino T. et al . Prognostic value of dynamic MR imaging for non-small-cell lung cancer patients after chemoradiotherapy.  J Magn Reson Imaging. 2005;  21 775-783
  • 15 Giesel F L, Bischoff H, Tengg-Kobligk von H. et al . Dynamic contrast-enhanced MRI of malignant pleural mesothelioma: a feasibility study of noninvasive assessment, therapeutic follow-up, and possible predictor of improved outcome.  Chest. 2006;  129 1570-1576
  • 16 Asbach P, Warmuth C, Stemmer A. et al . High spatial resolution T 1-weighted MR imaging of liver and biliary tract during uptake phase of a hepatocyte-specific contrast medium.  Invest Radiol. 2008;  43 809-815
  • 17 Griswold M A, Jakob P M, Heidemann R M. et al . Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA).  Magn Reson Med. 2002;  47 1202-1210
  • 18 Ohno Y, Hatabu H, Takenaka D. et al . Solitary pulmonary nodules: potential role of dynamic MR imaging in management initial experience.  Radiology. 2002;  224 503-511
  • 19 Puderbach M, Risse F, Biederer J. et al . In vivo Gd-DTPA concentration for MR lung perfusion measurements: assessment with computed tomography in a porcine model.  Eur Radiol. 2008;  18 2102-2107
  • 20 Evelhoch J L. Consensus Recommendations for Aquisition of Dynamic Contrast-Enhanced MRI Data in Oncology. Jackson A, Buckley DL, Parker GJM Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging in Oncology Berlin, Heidelberg, New York; Springer 2005: 109-113
  • 21 Brix G, Kiessling F, Lucht R. et al . Microcirculation and microvasculature in breast tumors: pharmacokinetic analysis of dynamic MR image series.  Magn Reson Med. 2004;  52 420-429
  • 22 Leach M O, Brindle K M, Evelhoch J L. et al . The assessment of antiangiogenic and antivascular therapies in early-stage clinical trials using magnetic resonance imaging: issues and recommendations.  Br J Cancer. 2005;  92 1599-1610
  • 23 Fink C, Johnson T R, Michaely H J. et al . Dual-Energy CT Angiography of the Lung in Patients with Suspected Pulmonary Embolism: Initial Results.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 879-883
  • 24 Sitartchouk I, Roberts H C, Pereira A M. et al . Computed tomography perfusion using first pass methods for lung nodule characterization.  Invest Radiol. 2008;  43 349-358
  • 25 Tetzlaff R, Eichinger M, Schöbinger M. et al . Semiautomatic assessment of respiratory motion in dynamic MRI – comparison with simultaneously acquired spirometry.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 961-967
  • 26 Biederer J, Plathow C, Schoebinger M. et al . Reproducible Simulation of Respiratory Motion in Porcine Lung Explants.  Fortschr Röntgenstr. 2006;  178 1067-1072
  • 27 Fink C, Puderbach M, Ley S. et al . Time-resolved echo-shared parallel MRA of the lung: observer preference study of image quality in comparison with non-echo-shared sequences.  Eur Radiol. 2005;  15 2070-2074

Dr. Christian Hintze

Radiology, German Cancer Research Center

Im Neuenheimer Feld 280

69120 Heidelberg

Phone: ++ 49/62 21/42 25 24

Fax: ++ 49/62 21/42 25 31

Email: christian.hintze@dkfz-heidelberg.de

    >