MR Perfusion Measurement of Contrast Uptaking Lesions: Consideration of T₂* Shortening due to
Interstitial Contrast Agent

Abstract

Aim: In MR perfusion measurements of contrast uptaking lesions, time intensity curves are hampered by T₁ shortening as well as by the change of T₂* due to interstital contrast material (CM). Using double echo sequences, the influence of T₁ can be mathematically eliminated. For correction of the T₂* influence an empirical algorithm using time-intensity-curves exclusively measured in the suspected lesion is proposed. Methods: The interstitial CM concentration is assumed to be proportional to the change of the intensity for T_E = 0 or to the change of the relaxation rate ΔR₁ respectively. The intravascular CM concentration is estimated from ΔR₂*. It is adjusted to zero for a time point sufficiently late after the bolus injection by subtraction of the interstitial concentration. This method was applied to double echo FLASH measurements on 15 pharyngeal tumors. Results: The proposed correction transforms the time dependence of the estimated intravascular CM concentration into a plausible course. Conclusion: Double echo perfusion measurements can be corrected for the interstitial CM induced T₂* shortening without additional measurements with proneness to errors. This does not necessarily improve the diagnostic value, since possibly “implied multivariate aspects” of uncorrected parameters (here: contrast uptake of the lesion is related to tumor neoangiogenesis as well) are eliminated.

Zusammenfassung

Zielstellung: Die Intensitäts-Zeit-Verläufe bei MR-Perfusionsmessungen Kontrastmittel (KM) aufnehmender Läsionen werden durch interstitiell aufgenommenes KM sowohl über T₁- als auch über T₂*-Verkürzung gestört. Der T₁-Einfluss kann mittels Doppelecho-Messung beherrscht werden. In dieser Arbeit wird ein empirischer Algorithmus zur Korrektur des T₂*-Einflusses vorgeschlagen, der nur auf Intensitäts-Zeit-Verläufen aus der untersuchten Läsion beruht. Methoden: Die interstitielle KM-Konzentration wird als proportional zur Änderung des Signals bei T_E = 0 bzw. der Relaxsationsrate ΔR₁ angenommen. Die aus ΔR₂* geschätzte intravasale KM-Konzentration wird damit für Zeiten hinreichend lange nach der Bolus-Injektion auf Null eingestellt. Diese Methode wurde auf Doppelecho-FLASH-Messungen an 15 pharyngealen Tumoren angewandt. Ergebnisse: Mit der vorgeschlagenen Korrektur werden plausible Zeitverläufe der intravasalen KM-Konzentration erhalten. Schlussfolgerungen: Doppelecho-Perfusionsmessungen können ohne zusätzliche fehlerbehaftete Messungen vom T₂*-Einfluss durch interstitielles KM bereinigt werden. Dies verbessert nicht zwingend die diagnostische Aussagekraft, da die unkorrigierten Parameter u. U. „implizite multivariate Aspekte” (hier die mit der Tumor-Neoangiogenese korrelierte KM-Aufnahme) enthalten.

MR-Diffusion/Perfusion - Tissue Characterization - Neoplasms-Primary - Physics - Computer Applications - Detection, Diagnosis

MR-Perfusion - Gewebscharakterisierung - Neoplasien - Physik - Computeranwendungen - Nachweis, Diagnose

Literatur

• 1 Gore J C, Kennan R P. Contrast Agents and Relaxation Effects. In: Atalas SW (ed) Magnetic Resonance Imaging of the Brain and Spine. Lippincott, Philadelphia; Raven Press 1966 ISBN 0-7814-0282-8: 89-107
• 2 Denekamp J. Angiogenesis, neovascular proliferation and vascular pathophysiology as targets for cancer therapy.  Br J Radiol. 1993;  66 181-186
• 3 Miyati T, Banno T, Mase M, Kasai H, Shundo H, Imazawa M, Ohba S. Dual dynamic contrst-enhanced MR imaging.  J Magn Reson Imaging. 1997;  7 230-235
• 4 Heiland S, Benner T, Rempp K, Reith W, Forsting M, Sartor K. Ein Verfahren zur simultanen Beurteilung der Hämodynamik und der dynamischen Kontrstmittelanreicherung bei zerebralen Läsionen mit gestörter Blut-Hirn-Schranke.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  166 S137
• 5 Hietschold V, Klengel S, Kaulen F, Neumann U, Köhler K. Analyse der diagnostischen Wertigkeit verschiedener Parameter bei der dynamischen Doppelecho-MRT von Hirnläsionen.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  166 S136
• 6 Böck J C. Cerebral Perfusion Imaging. In: Felix R, Heshiki A, Hosten N, Hricak H (eds) Magnevist. London; 1994: ISBN 0 86542 836 0
• 7 Haselhorst R, Kappos L, Bilecen D, Scheffler K, Möri D, Radü E W, Seelig J. Dynamic susceptibility contrast MR imaging of plaque development in multiple sclerosis: applicaiton of an extended blood-brain barrier leakage correction.  J Magn Reson Imaging. 2000;  11 495-505
• 8 Vonken E P, van Osch M J, Bakker C J, Viergever M A. Simultaneous quantitative cerebral perfusion and Gd-DTPA extravasation measurement with dual-echo dynamic susceptibility contrast MRI.  Magn Reson Med. 2000;  43 820-827
• 9 Uematsu H, Maeda M, Sadato N, Matsuda T, Ishimori Y, Koshimoto Y, Yamda H, Kimura H, Kawamura Y, Matsuda T, Hayashi N, Yonekura Y, Ishii Y. Vascular Permeability: Quantitative measurement with double-echo dynamic MR imaging - theory and clinical application.  Radiology. 2000;  214 912-917
• 10 Klose U, Nägele T, Friese S, Bitzer M. Charakteristische Größen bei der MR-Untersuchung der zerebralen Durchblutung mit hoher räumliche rund zeitlicher Auflösung.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  170 474-481
• 11 Lythgoe D J, Østergaard L, Williams S CR, Cluckie A, Buxton-Thomas M, Simmons A, Markus H S. Quantitative perfusion imaging in carotid artery stenosis using dynamic susceptibility contrast-enhanced magnetic resonance imaging.  Magn Reson Imag. 2000;  18 1-11
• 12 Tofts P S, Shuter B, Pope J M. Ni-DTPA doped agaros gel - a phantom material for Gd-DTPA enhancement measures.  Magn Reson Imaging. 1993;  11 125-133
• 13 Hietschold V, Schwensow S, Kittner T, Müller A, Köhler K. Simultaneous measurement of contrast uptake and bolus passage in MRI: Measurement, separation of effects and diagnostic consequences. Computer Assisted Radiology, Paris 23 - 26 June 1999. In: Lemke HU, Vannier MW, Inamura K, Farman AG (eds) Computer Assisted Radiology and Surgery. Amsterdam; Elsevier 1999 ISBN 0 444 50290 4: 134-138
• 14 Heiland S, Hartmann M, Sartor K. Perfusions-MRT bei gestörter Blut-Hirn-Schranke: Fehlerquellen und Lösungsansätze.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 812-816
• 15 Kobayashi H, Sato N, Kawamoto S, Saga T, Hiraga A, Ishimori T, Konishi J, Togashi K, Brechbiel M W. Novel intravascular macromolecular MRI contrast agent with generation-4 polyamidoamine dendrimer core: Accelerated renal excretion with coinjection of lysine.  Magn Reson Med. 2001;  46 457-464