[논문 리뷰] 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)|2023. 06. 19.

MRI in cancer diagnosisMedicine인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MRI에서의 유 apparent diffusion coefficient (ADC) 값이 특히 장수 T2를 가진 조직에서 T2 리커일 시간의 영향을 크게 받으며, 이로 인해 산란 측정이 오해의 소지가 있음을 주장한다. 연구는 고 T2 값이 b=0 및 고 b값 이미지에서 신호 강도를 지배하여, ADC 지도가 진정한 산란이 아닌 T2 효과를 반영하게 되며, 특히 낭성 또는 미오이드 퇱성 변화를 보이는 종양에서 그러한 영향이 두드러진다는 것을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 생체 내 조직에서 T2 리커일 시간이 apparent diffusion coefficient (ADC) 측정에 어떻게 영향을 주는지 조사하기.
• 특히 비정상적인 T2 값을 가진 종양에서 산란 영역 이미징(DWI)에서 T2 효과의 혼동 요인 역할을 명확히 하기.
• ADC가 수분 산란을 유일하게 반영한다는 가정을 도전하며, T2가 신호 행동을 지배할 수 있음을 보여주기.
• 다양한 T2 리커일 시간을 가진 조직을 비교할 때 산란 제한 평가의 괴리 원인을 설명하기.
• 예를 들어 레이오미오마 낭성 퇴행과 같은 높거나 매우 높은 T2를 가진 종양에서 DWI 해석에 미치는 임상적 함의를 부각하기.

제안 방법

• 자궁 근막 및 비장과 같은 특정 조직에서 T2 리커일 시간과 산란 측정치에 관한 기존 문헌 검토.
• T2 및 ADC 값과 관련된 b=0 및 고 b값(예: b=1000) 이미지의 신호 강도 패턴 분석.
• b=0 및 고 b값 이미지 간의 신호 강도 관계를 이용해 T2 효과로 인한 ADC 계산 편향을 추론하기.
• T2 과민성 및 T2 저감성 종양을 비교하여 산란 제한 패턴 평가하기.
• 특히 장수 T2를 가진 조직에서 고 b값 이미지의 노이즈 지배 현상 평가로 ADC 정량화에 영향을 미침.
• ADC는 b=0 및 고 b값 신호 간 기울기에서 유도되며, b=0이 T2에 의해 지배되고 고 b값이 노이즈에 의해 영향을 받을 경우 T2 효과로 기울기가 왜곡될 수 있음을 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 T2 값을 가진 조직에서 T2 리커일 시간이 apparent diffusion coefficient (ADC)에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ2 왜 일부 T2 과민성 종양은 T2 가중 이미지에서 고강도 신호를 보이지만 산란 제한이 나타나지 않는가?
• RQ3 낭성 또는 미오이드 퇴행을 보이는 매우 높은 T2를 가진 종양에서 산란 제한이 없는 이면은 무엇인가?
• RQ4 b=0 및 고 b값 이미지에서 T2 리커일 시간이 신호 강도를 어느 정도 지배하여 ADC 지도 해석에 영향을 주는가?
• RQ5 고 b값 이미지의 노이즈(예: b=1000)는 장수 T2를 가진 조직에서 ADC 측정의 정확성에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 낭성 또는 미오이드 퇴행을 보이는 자궁 근막 종양처럼 장수 T2를 가진 조직에서는 고 T2로 인해 T2 가중 신호 과강도가 나타나지만, 이에 따른 산란 제한은 없음.
• ADC 값은 T2 리커일 시간의 영향을 크게 받으며, 더 긴 T2 값은 진정한 산란 변화가 없더라도 더 높은 ADC 측정치를 초래함.
• b=0 이미지에서는 신호 강도가 주로 T2 효과에 의해 결정되며, 이로 인해 산란 상태와 관계없이 종양의 신호가 상승함.
• 고 b값 이미지(예: b=1000)에서는 특히 장수 T2를 가진 조직에서 노이즈에 의해 신호가 지배되어 ADC 계산의 신뢰성에 문제가 있음.
• b=0과 고 b값 신호 간 기울기에서 유도된 ADC 지도는 진정한 산란보다는 T2 효과를 더 잘 반영할 수 있으며, 특히 b=0이 T2에 의해 지배되고 고 b값이 노이즈에 의해 영향을 받을 경우 더욱 그러함.
• 정상 담낭 또는 낭성 퇴행을 보이는 레이오미오마와 같이 고 T2는 T2 가중 이미지에서 고강도 신호를 유도하지만 산란 제한은 없으며, 이는 T2 과강도가 반드시 제한된 산란을 의미하지는 않음을 보여줌.