Whole-Body Diffusion Imaging Applying Simultaneous Multi-Slice Excitation

Abstract

Purpose: The purpose of this study was to examine the feasibility of a fast protocol for whole-body diffusion-weighted imaging (WB-DWI) using a slice-accelerated echo-planar sequence, which, when using comparable image acquisition parameters, noticeably reduces measurement time compared to a conventional WB-DWI protocol.

Materials and Methods: A single-shot echo-planar imaging sequence capable of simultaneous slice excitation and acquisition was optimized for WB-DWI on a 3 T MR scanner, with a comparable conventional WB-DWI protocol serving as the reference standard. Eight healthy individuals and one oncologic patient underwent WB-DWI. Quantitative analysis was carried out by measuring the apparent diffusion coefficient (ADC) and its coefficient of variation (CV) in different organs. Image quality was assessed qualitatively by two independent radiologists using a 4-point Likert scale.

Results: Using our proposed protocol, the scan time of the WB-DWI measurement was reduced by up to 25.9 %. Both protocols, the slice-accelerated protocol and the conventional protocol, showed comparable image quality without statistically significant differences in the reader scores. Similarly, no significant differences of the ADC values of parenchymal organs were found, whereas ADC values of brain tissue were slightly higher in the slice-accelerated protocol.

Conclusion: It was demonstrated that slice-accelerated DWI can be applied to WB-DWI protocols with the potential to greatly reduce the required measurement time, thereby substantially increasing clinical applicability.

Key Points

• Whole-body diffusion-weighted imaging (WB-DWI) using simultaneous multi-slice and blipped-CAIPIRINHA reduces the measurement time strongly without having a significant impact on image quality.

• The reduction in measurement time might strongly contribute to the clinical applicability of WB-DWI.

• However, further refinement of the slice-accelerated EPI sequence, and the WB-DWI protocol applying this sequence type seems necessary; and the value of such WB-DWI protocols for assessment of systemic oncological diseases needs to be investigated in further clinical studies.

Citation Format:

• Kenkel D, Wurnig MC, Filli L et al. Whole-Body Diffusion Imaging Applying Simultaneous Multi-Slice Excitation. Fortschr Röntgenstr 2016; 188: 381 – 388

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie ist es, die Machbarkeit eines schnellen Protokolls für die diffusionsgewichtete Ganzkörper-Bildgebung unter Verwendung einer echoplanaren Sequenz mit zeitgleicher Anregung mehrerer Schichten zu untersuchen, welche bei vergleichbaren Aufnahmeparametern im Vergleich zu einer konventionellen Ganzkörper-Messung eine deutlich reduzierte Messzeit bietet.

Material und Methoden: Eine single-shot echoplanare Sequenz mit der Option, mehrere Schichten gleichzeitig anzuregen und auszulesen, wurde für die diffusionsgewichtete Ganzkörper-Bildgebung an einem 3 T MR-Tomografen optimiert. Ein vergleichbares Protokoll für Ganzkörper-Bildgebung unter Verwendung einer konventionellen Sequenz diente als Referenzstandard. Acht gesunde Individuen und ein onkologischer Patient wurden mittels diffusionsgewichteter Ganzkörper-Bildgebung untersucht. Die quantitative Analyse umfasste die Bestimmung des Diffusionskoeffizienten (ADC) und des zugehörigen Varianzkoeffizienten in unterschiedlichen Organen. Die Bildqualität wurde qualitativ durch zwei unabhängige Radiologen auf einer 4-Punkt-Likert-Skala bestimmt.

Ergebnisse: Mit dem optimierten Protokoll konnte die Messzeit um bis zu 25,9 % reduziert werden. Beide Protokolle, sowohl das Protokoll mit beschleunigter Schichtauslesung als auch das konventionelle Protokoll, zeigten vergleichbare Bildqualität ohne statistisch signifikante Unterschiede bei der Bildbeurteilung. Ebenso wurden keine signifikanten Unterschiede der ADC-Werte der parenchymatösen Organe gefunden, wohingegen die Diffusionskoeffizienten im Gehirn im beschleunigten Protokoll etwas höher waren im Vergleich zur Referenzmethode.

Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass echoplanare Sequenzen mit beschleunigter Schichtakquisition für die diffusionsgewichtete Ganzkörperbildgebung genutzt werden können und das Potential besitzen, die benötigte Messzeit drastisch zu verkürzen und somit die klinische Anwendbarkeit der Ganzkörperbildgebung zu steigern.

Kernaussagen

• Die Ganzkörper-diffusionsgewichtete Bildgebung mit simultaneous multi-slice und blipped-CAIPIRINHA-Technik reduziert die Messzeit stark ohne einen signifikanten Einfluss auf die Bildqualität.

• Diese Reduktion trägt zur klinischen Anwendbarkeit der Ganzkörper diffusionsgewichteten MRT bei.

• Weitere Verbesserungen der slice-accelerated EPI-Sequence sind jedoch nötig und die Anwendung dieser Technik für onkologische Patienten bedarf einer weiteren Evaluierung in klinischen Studien.

Key words

molecular imaging - MR-diffusion/perfusion - MR-functional imaging

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