Optimization of diffusion weighted-MRI: a study of T2 and ADC in healthy fibroglandular breast tissue

Abstract

Diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning er blitt stadig mer populært i deteksjon, gradering og evaluering av respons på behandling i brystkreft. Den tilsynelatende diffusjonskonstanten (ADC) reduseres i stor grad i ondartede svulster og diffusjonsvektet avbildning gir ny innsikt i mikrostruktur. Selv om metoden er veletablert og mye brukt i klinisk setting, er det detaljerte forholdet mellom mikrostruktur og de fysiske mekanismene som styrer ADC fortsatt debattert. Formålet med denne oppgaven er å evaluere effekten av diffusjonsvekting (b) på T2 og effekten av ekkotid på ADC for optimalisering av parametetere i diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning. T2 og ADC er målt i friskt fibroglandulært brystvev hos tre friske frivillige. Målt ADC ble funnet til å minke for økt ekkotid, mens T2 blir målt til å stige for økt b-verdi. Avhengigheten av ekkotid på ADC og b på T2 ble målt og evaluert ved hjelp av to biofysiske modeller av brystvev.

Diffusion weighted-magnetic resonance imaging (DW-MRI) is becoming increasingly more popular for detecting, staging and evaluating response to treatment in breast cancers. The apparent diffusion coefficient (ADC) is largely reduced in malignant lesions and DW-MRI provides a novel insight of the microstructure. Even though the method is well established and widely used in a clinical setting the detailed relationship between microstructure and the physical mechanisms governing diffusion properties like the ADC are still under debate. The aim of this thesis is to evaluate the effect of diffusion weighting (b) on the spin-spin relaxation (T2) and the effect of echo time (TE) on the measured ADC for the optimization of protocol parameters in DW-MRI. T2 and ADC are measured in the healthy fibroglandular tissue of three female volunteers. The measured ADC was found to decrease for prolonged TE while T2 was found to increase with b-value. An attempt to explain the dependency of TE on ADC and b on T2 was made and evaluated using two different biophysical models of breast tissue.