Functional Imaging of Parotid Glands: Diffusion-Weighted Echo-Planar MRI Before and After Stimulation

Zusammenfassung

Ziel: Evaluation der diffusionsgewichteten echoplanaren MRT zur Messung unterschiedlicher Funktionszustände der Glandula parotidea und der Vergleich verschiedener Auswertemethoden. Material und Methoden: Ohrspeicheldrüsen von 27 gesunden Probanden wurden mit einer diffusionsgewichteten echoplanaren MR-Sequenz (TR = 1.500 ms, TE = 77 ms, Sichtfenster („field-of-view”) = 250 mm², Pixelgröße = 2,10 × 1,95 mm, Schichtdicke = 5 mm) vor und nach oraler Gabe eines kommerziell erhältlichen Zitronensaftes untersucht. Die benutzten b-Werte betrugen 0 sec/mm², 500 sec/mm² und 1000 sec/mm². Die ADC-(apparent-diffusion-coefficient-)Bilder wurden zur Auswertung in die Software MRIcro (Chris Rorden, University of Nottingham, Großbritannien) übertragen und die Signalintensitäten der Glandula parotidea wurden zum einen mit einer manuell platzierten ROI (region of interest) mit einer definierten Größe von 100 - 200 Pixeln und mit einer ROI, welche die gesamte sichtbare Drüse berücksichtigte, gemessen. Die Ergebnisse vor und nach Stimulation sowie die verschiedenen Auswertemethoden wurden verglichen. Für die statistische Auswertung wurde der Student’s t-Test benutzt, basierend auf den medianen ADC-Werten pro Person, und ein zweiseitiger p-Wert < 0,05 wurde als statistisch signifikant definiert. Zum Vergleich der verschiedenen Messmethoden wurde der Pearson’s Korrelationskoeffizient berechnet. Ergebnisse: Mit der diffusionsgewichteten echoplanaren MRT konnten sämtliche Ohrspeicheldrüsen artefaktfrei dargestellt werden. Mit einer größendefinierten ROI wurden vor Stimulation ADC-Werte von 1,08 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0,12 × 10 ^{- 3} mm²/sec gemessen. Nach Stimulation zeigte sich ein statistisch signifikanter Anstieg auf 1,15 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0,11 × 10 ^{- 3} mm²/sec (p < 0,001). Mittels Messung der gesamten Ohrspeicheldrüse zeigten sich vor Stimulation ADC-Werte von 1,12 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0,08 × 10 ^{- 3} mm²/sec. Nach oraler Stimulation wurde ein Anstieg auf 1,18 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0,09 × 10 ^{- 3} mm²/sec (p < 0,001) gemessen. Der Vergleich zwischen den beiden Auswertemethoden ergab eine sehr gute Korrelation (r > 0,83). Schlussfolgerungen: Mit der diffusionsgewichteten echoplanaren MRT können unterschiedliche Funktionszustände der Ohrspeicheldrüsen differenziert werden.

Abstract

Purpose: To investigate the feasibility of diffusion-weighted (DW) echo-planar imaging (EPI) for measuring different functional conditions of the parotid gland and to compare different measurement approaches. Materials and Methods: Parotid glands of 27 healthy volunteers were examined with a DW EPI sequence (TR 1,500 msec, TE 77 msec, field-of-view 250 × 250 mm, pixel size 2.10 × 1.95 mm, section thickness 5 mm) before and after oral stimulation with commercially available lemon juice. The b factors used were 0, 500, and 1,000 sec/mm². Apparent diffusion coefficient (ADC) maps were digitally transferred to MRIcro (Chris Rorden, University of Nottingham, Great Britain) and evaluated with a manually placed circular region of interest (ROI) containing 100 - 200 pixel. Additional ROIs including the entire parotid gland were placed on either side. The results of both measurements were compared, using the Student’s t test based on the median ADC values for each person. A two-tailed p-value of less than .05 was determined to indicate statistical significance. To compare both measurement approaches, the Pearson’s correlation coefficient (r) was calculated. Results: Diffusion-weighted echo-planar MR imaging successfully visualized the parotid glands of all volunteers. In a first step, the median ADC value per person was computed. Using ROIs of 100 - 200 pixels, the mean was calculated to be 1.08 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0.12 × 10 ^{- 3} mm²/sec for both parotid glands prior to stimulation. After stimulation, the mean ADC was measured at 1.15 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0.11 × 10 ^{- 3} mm²/sec for both parotid glands. Evaluating the entire parotid gland, the ADC was 1.12 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0.08 × 10 ^{- 3} mm²/sec prior to stimulation, whereas the ADC increased to 1.18 × 10 ^{- 3} mm²/sec ± 0.09 × 10 ^{- 3} mm²/sec after stimulation with lemon juice. For both types of measurements, the increase in ADC after stimulation proved to be significant (p < 0.001). High correlations between both measurement types were found (r >.83). Conclusion: Diffusion-weighted echo-planar MR imaging allows non-invasive quantification of functional changes in the parotid glands.

Key words

Diffusion-weighted echo-planar imaging - functional imaging - parotid gland - lemon juice stimulation

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