[論文レビュー] Complicated relationships between tissue T2 relaxation time and in vivo tissue diffusion measures, depending on the ranges of T2 value

Yì Wáng|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2023

MRI in cancer diagnosisMedicine被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、磁気共鳴画像法（MRI）における顕在拡散係数（ADC）値が、特に長T2を示す組織ではT2緩和時間の影響を強く受けること、その結果、拡散測定が誤解を招くことについて主張している。研究では、高T2値がb=0および高b値画像における信号強度を支配し、特に嚢胞性またはミキソイド変性を示す腫瘍においてADCマップが真の拡散を反映するのではなくT2効果を反映することを示している。

ABSTRACT

Apparent diffusion coefficient (ADC) is a measure of the magnitude of diffusion of water molecules within tissues. We argue that ADC value contains information of both diffusion and T2 relaxation. In this letter, we list literature evidence to support our argument. Firstly, we list uterine myometrium tumors as examples. Myometrium has a T2 relaxation time of 79 ms at 3T. Literature shows, when the myometrium tumors are T2 weighted signal intensity hypertensive (relative to myometrium), these tumors likely show diffusion restriction. This is similar to that, while the spleen is T2 weighted signal intensity hypertensive relative to the liver, the spleen demonstrates diffusion restriction relative to the liver. On the other hand, when the myometrium tumors are T2 weighted signal intensity hypotensive (relative to myometrium), these tumors likely do not show diffusion restriction. However, when the myometrium tumors are very highly hypertensive such as the cases of leiomyoma cystic degeneration and myxoid degeneration, the relationship between T2 weighted signal intensity and diffusion is similar to that of a normal gallbladder, i.e., T2 weighted signal highly hypertensive without diffusion restriction. For most of the tumors, much longer T2 may suggest a tumor is waterier. On b=0 images, the signal of tumor (relative to other tissues) can be dominated by T2 effect. On a high b-value images such as b=1000 images, it is possible that tumor regions are dominated by noises. In the end, the ADCs, which are determined by the slope between the signal at b=0 and the signal at b=1000, are also dominated by the T2 effect, with longer T2 being associated with higher ADC measure. In fact, since there is no diffusion gradient with b=0 images, and there are only noises on b=1000 (or b=800), ADC map is devoid of diffusion information.

研究の動機と目的

• 体内組織におけるT2緩和時間の顕在拡散係数（ADC）測定への影響を調査すること。
• 特に異常なT2値を示す腫瘍において、T2効果が拡散画像法（DWI）に与える混同要因を明確にすること。
• ADCが水の拡散を唯一反映するという仮定に反し、T2が信号挙動を支配することがあることを示すこと。
• T2緩和時間に差がある組織を比較する際の拡散制限評価の不一致を説明すること。
• 特に線維筋腫の嚢胞変性を伴うような、高T2または非常に高T2を示す腫瘍におけるDWIの解釈に及ぼす臨床的意義を強調すること。

提案手法

• 子宮筋腫瘍および脾臓を含む特定組織におけるT2緩和時間と拡散測定に関する既存文献のレビュー。
• T2およびADC値と関連するb=0および高b値（例：b=1000）画像上の信号強度パターンの分析。
• b=0と高b値画像間の信号強度関係を用いて、T2効果によるADC計算バイアスを推定すること。
• T2高信号腫瘍とT2低信号腫瘍の臨床例を比較し、拡散制限パターンを評価すること。
• 特に長T2を示す組織において、高b値画像におけるノイズ優位性がADC定量に与える影響を評価すること。
• ADCがb=0と高b値信号間の勾配から導かれるという原則を応用し、b=0がT2支配的で高b値がノイズが多い場合にT2効果が歪められることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T2緩和時間は、T2値が異なる組織における顕在拡散係数（ADC）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 なぜ一部のT2高信号腫瘍はT2強調画像で高信号を示すにもかかわらず、拡散制限を示さないのか？
• RQ3 嚢胞性またはミキソイド変性を示すような非常に高T2の腫瘍において、なぜ拡散制限が見られないという逆説的現象が生じるのか？
• RQ4 T2緩和がb=0および高b値画像における信号強度をどの程度支配するか、ADCマップ解釈に与える影響は？
• RQ5 高b値画像（例：b=1000）におけるノイズが、長T2を示す組織におけるADC測定の正確性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 嚢胞性またはミキソイド変性を示す子宮筋腫瘍などの長T2組織では、高T2がT2強調信号の高信号を引き起こすが、それに伴う拡散制限は認められない。
• ADC値はT2緩和に著しく影響を受けており、真の拡散変化がなくても、長T2値が長いほどADC測定値が高くなる傾向がある。
• b=0画像では信号強度が主にT2効果によって支配され、拡散状態に関係なく腫瘍の信号が上昇する。
• 高b値画像（例：b=1000）では、特に長T2を示す組織において信号がノイズに支配されやすく、ADC計算の信頼性が損なわれる。
• b=0がT2支配的で高b値がノイズが多い場合、b=0と高b値信号間の勾配から導かれるADCマップは、真の拡散よりもT2効果をより強く反映することがある。
• 正常胆嚢や嚢胞変性を示す線維筋腫の例では、高T2がT2強調画像で高信号を示すが、拡散制限は認められない。これは、T2高信号が必ずしも拡散制限を意味しないことを示している。