A New Contrast in MR Mammography by Means of Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) Imaging at 3 Tesla: Preliminary Results

Zusammenfassung

Ziel: Die Untersuchung der Möglichkeit, maligne Läsionen im Brustgewebe von Patientinnen mittels Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST), einer kontrastmittelfreien MR-Bildgebungstechnik, zu detektieren und abzugrenzen.Material und Methoden: Sechs Patientinnen mit histologisch gesichertem Mamma-Karzinom wurden mit MRT bei 3 Tesla untersucht. Das Protokoll umfasste T_2w-, STIR-, T_1w-DCE und kontrastverstärkte T_1w-Bildgebung mit SPAIR-Fettsignalunterdrückung. Für die CEST-Bildgebung wurde eine 3-D-HF-gespoilte Gradientenecho-Sequenz mit optimierter Sättigungspulsfolge verwendet. Um den diagnostischen Nutzen der Technik zu evaluieren, wurden die CEST-Effekte bei Frequenz-Offsets zwischen 1,2 – 1,8 ppm von der Resonanz des freien Wassers mit pharmakokinetischen Parameterkarten (k_ep) der dynamischen MRT verglichen. Ergebnisse: Bei 3 von 6 Patientinnen korrelierten die Regionen, die erhöhte CEST-Signale aufwiesen, deutlich mit Tumorarealen, die durch DCE-MRT bestimmt wurden. Analysen der Signalintensitäten aus ROIs in Tumor-, Drüsen- und Fett- und Muskelgewebe zeigten signifikant erhöhte CEST-Werte im Tumor verglichen mit unauffälligem Drüsengewebe. Die Detektion von Läsionen war mit DCE- und CEST-MRT gleichermaßen gut möglich. Bei den drei anderen Patientinnen konnten die Tumoreareale auf den CEST-Bildern aufgrund von Artefakten, die durch einen hohen Fettanteil in den ROIs verursacht wurden, nicht eindeutig abgegrenzt werden. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser ersten Machbarkeitsstudie zeigen das Potenzial der CEST-Bildgebung für die Unterscheidung von Karzinomen und gesundem Parenchym in der Mamma von Patientinnen auf. Der CEST-Kontrast beruht dabei ausschließlich auf endogenen, gelösten Metaboliten und erfordert keine Anwendung von Kontrastmittel.

Abstract

Purpose: To evaluate the feasibility to detect and delineate malignant breast lesions in human patients by chemical exchange saturation transfer (CEST) as an MR imaging technique without the need for contrast agent administration. Materials and Methods: Six female patients referred for pre-surgical staging due to histologically confirmed breast cancer were examined with MR at 3 T. The routine breast protocol included T_2w, STIR, T_1w-DCE and contrast-enhanced T_1w imaging with SPAIR fat suppression. For CEST imaging, a 3D RF-spoiled gradient echo (GRE) sequence with an optimized saturation pulse train was applied. To assess the diagnostic value of the technique, CEST effects observed between frequency offsets of 1.2 to 1.8 ppm from the bulk water resonance were compared to pharmacokinetic parameter maps (k_ep) obtained by DCE-MRI. Results: In 3 of 6 patients, regions with high CEST signal intensity correlated well with tumor areas as determined by DCE-MRI. Analysis of signal intensities from ROIs in tumor, fibroglandular, adipose, and muscle tissue revealed significantly higher CEST values in tumor tissue compared to fibroglandular tissue. The detection of lesions was equally well possible with DCE-MRI and CEST-MRI. In the three other patients, the tumor regions could not be delineated based on the CEST image due to artifacts, which were most likely caused by a high content of fat tissue within the ROIs. Conclusion: The results of this initial feasibility study indicate a significant potential of CEST-MRI to discriminate cancer from fibroglandular tissue in the human breast by a CEST contrast generated by endogenous solute molecules.

Key words

breast - MR imaging - breast cancer - chemical exchange saturation transfer - metabolic imaging - CEST

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