Noninvasive liver iron quantification by MRI using refocused gradient-echo (bSSFP): preliminary results

Abstract

Purpose To evaluate the feasibility of using a balanced steady-state free precession sequence (bSSFP) to determine liver iron content (LIC).

Method Thirty-five consecutive patients with liver iron overload were examined with bSSFP. Signal intensity ratios of liver parenchyma to paraspinal muscles were retrospectively correlated with LIC values obtained by FerriScan, which was used as the reference method. Combinations of bSSFP protocols were also evaluated. The best combination was utilized to calculate LIC from bSSFP data. The sensitivity and specificity for the therapeutically relevant LIC threshold of 80 µmol/g (4.5 mg/g) were determined.

Results LIC values ranged from 24 to 756 µmol/g. The best SIR-to-LIC correlation of a single protocol was obtained with a 3.5-ms repetition time (TR) and 17° excitation flip angle (FA). A combination of protocols with TRs of 3.5, 5, and 6.5 ms, each at 17° FA, yielded a superior correlation. LIC values calculated using this combination resulted in a sensitivity/specificity of 0.91/0.85.

Conclusion bSSFP is basically suitable to determine LIC. Its advantages are high SNR efficiency and the ability to acquire the entire liver in a breath hold without acceleration techniques.

Key Points: 

• The bSSFP sequence is suited to quantify liver iron overload.

• bSSFP has a high scanning efficiency and potential for LIC screening.

• Despite susceptibility artifacts, the LIC determined from bSSFP data showed high accuracy.

Citation Format

• Wunderlich AP, Cario H, Götz M et al. Noninvasive liver iron quantification by MRI using refocused gradient-echo (bSSFP): preliminary results. Fortschr Röntgenstr 2023; 195: 804 – 808

Zusammenfassung

Ziel Es wurde geprüft, ob die balancierte Steady-State-Free Precession-Sequenz (bSSFP) zur Bestimmung des Lebereisengehalts (LIC) geeignet ist.

Methode 35 konsekutive Patienten mit Eisenüberladung der Leber wurden mit bSSFP untersucht. Das Verhältnis der Signalintensität des Leberparenchyms zu den paraspinalen Muskeln wurde retrospektiv mit LIC-Werten korreliert, die mit FerriScan als Referenzmethode ermittelt wurden. Es wurden auch Kombinationen von bSSFP-Protokollen analysiert. Die beste Kombination wurde zur Berechnung des LIC aus den bSSFP-Daten verwendet. Sensitivität und Spezifität für den therapeutisch relevanten LIC-Schwellenwert von 80 µmol/g (4,5 mg/g) wurden bestimmt.

Ergebnisse Die Spanne der LIC-Werte betrug 24 bis 756 µmol/g. Die beste Korrelation der SIR-Werte zum Referenz-LIC wurde bei einem einzelnen Protokoll mit einer Wiederholungszeit (TR) von 3,5 ms und einem Anregungs-Flip-Winkel (FA) von 17° ermittelt. Eine kombinierte multiple lineare Regression von Protokollen mit TRs von 3,5, 5 und 6,5 ms, jeweils bei 17° FA, führte zu einer verbesserten Korrelation. Die mit dieser Kombination berechneten LIC-Werte zeigten eine Sensitivität/Spezifität von 0,91/0,85.

Schlussfolgerung Die bSSFP-Sequenz ist grundsätzlich geeignet, um LIC-Werte zu bestimmen. Vorteile sind die hohe Effizienz, also ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei kurzer Scanzeit, sowie die Möglichkeit, die gesamte Leber in einem Atemstillstand ohne Beschleunigungstechniken wie parallele Bildgebung zu erfassen.

Kernaussagen: 

• Die bSSFP-Sequenz ist für die Quantifizierung der Eisenüberladung der Leber geeignet.

• Die bSSFP-Sequenz hat eine hohe Scaneffizienz und Potenzial für LIC-Screening.

• Trotz Suszeptibilitätsartefakten zeigte die aus bSSFP-Daten bestimmten LIC-Werte eine hohe Genauigkeit.

Key words

MR-imaging - iron - abdomen - hematologic

Publikationsverlauf

Eingereicht: 06. Februar 2023

Angenommen: 29. März 2023

Artikel online veröffentlicht:
03. Mai 2023

• Literatur

• 1 Sarigianni M, Liakos A, Vlachaki E. et al. Accuracy of magnetic resonance imaging in diagnosis of liver iron overload: a systematic review and meta-analysis. Clinical Gastroent Hepatol 2015; 13: 55-63.e55
• 2 Henninger B, Zoller H, Rauch S. et al. R2* relaxometry for the quantification of hepatic iron overload: biopsy-based calibration and comparison with the literature. Fortschr Röntgenstr 2015; 187: 472-479
• 3 St Pierre TG, Clark PR, Chua-anusorn W. et al. Noninvasive measurement and imaging of liver iron concentrations using proton magnetic resonance. Blood 2005; 105: 855-861
• 4 Scheffler K, Lehnhardt S. Principles and applications of balanced SSFP techniques. European radiology 2003; 13: 2409-2418
• 5 Cario H, Grosse R, Jarisch A. et al. Current German Guidelines on Diagnosis and Treatment of Secondary Hemochromatosis in Patients with Congenital Anemias. Klinische Padiatrie 2022; 234: 368-373
• 6 Bieri O, Scheffler K. Fundamentals of balanced steady state free precession MRI. J Magn Reson Imag 2013; 38: 2-11
• 7 Scheffler K, Hennig J. Is TrueFISP a gradient-echo or a spin-echo sequence?. Magn Reson Med 2003; 49: 395-397
• 8 Gandon Y, Olivie D, Guyader D. et al. Non-invasive assessment of hepatic iron stores by MRI. Lancet 2004; 363: 357-362
• 9 Alustiza JM, Artetxe J, Castiella A. et al. MR quantification of hepatic iron concentration. Radiology 2004; 230: 479-484
• 10 Wunderlich AP, Cario H, Bommer M. et al. MRI-Based Liver Iron Content Determination at 3T in Regularly Transfused Patients by Signal Intensity Ratio Using an Alternative Analysis Approach Based on R2* Theory. Fortschr Röntgenstr 2016; 188: 846-852
• 11 Wunderlich AP, Schmidt SA, Mauro V. et al. Liver Iron Content Determination Using a Volumetric Breath-Hold Gradient-Echo Sequence With In-Line R(2) * Calculation. J Magn Reson Imag 2020; 52: 1550-1556
• 12 Rose C, Vandevenne P, Bourgeois E. et al. Liver iron content assessment by routine and simple magnetic resonance imaging procedure in highly transfused patients. European journal of haematology 2006; 77: 145-149
• 13 Benkert T, Ehses P, Blaimer M. et al. Fast isotropic banding-free bSSFP imaging using 3D dynamically phase-cycled radial bSSFP (3D DYPR-SSFP). Z Med Phys 2016; 26: 63-74
• 14 Bıyık E, Keskin K, Uh Dar S. et al. Factorized sensitivity estimation for artifact suppression in phase-cycled bSSFP MRI. NMR in biomedicine 2020; 33: e4228