Imaging of Brain Metastases of Bronchial Carcinomas with 7 T MRI – Initial Results

Zusammenfassung

Ziel: Vergleichende Darstellung von Hirnmetastasen von Bronchialkarzinomen mittels suszeptibilitätsgewichteter und kontrastmittelverstärkter 7 T- und 1,5 T-MRT. Material und Methoden: 12 Patienten mit Hirnmetastasen von Bronchialkarzinomen wurden im 7 T- und 1,5 T-MRT untersucht. Minimumintensitätsprojektionen (MinIP) einer 1,5 T-SWI-Sequenz (Voxelgröße = 0,9 × 0,9 × 2,0 mm³) wurden mit 7 T SWI MinIPs (Voxelgröße = 0,4 × 0,4 × 1,5 mm³) verglichen. Eine T 1-w 1,5 T- MPRAGE-Sequenz (Voxelgröße = 1 × 1 × 1 mm³ nach Doppeldosis (DD) Gadoteratmeglumin, Gd-DOTA) wurde mit einer 7 T MPRAGE-Sequenz (Voxelgröße = 0,7 × 0,7 × 0,7 mm³, nach einer Einzeldosis (SD) Gd-DOTA bei allen Patienten sowie bei 6 von 12 Patienten nach Gabe einer DD Gd-DOTA verglichen. Die Anzahl der Mikrohämorrhagien in SWI MinIPs und die Anzahl von kontrastierten Metastasen auf MPRAGE-Bildern wurden von 2 Radiologen, gruppiert in 3 Größenklassen (< 2 mm, ≥ 2 mm and ≤ 6 mm, > 6 mm), verglichen. Ergebnisse: Bei 12 Patienten erlaubten die räumlich höher aufgelösten 7 T-SWI-Bilder die Identifikation von 87 gegenüber 67 zerebralen Mikrohämorrhagien bei 1,5 T. Nach Gabe einer SD Gd-DOTA wurden auf 7 T-MPRAGE-Bildern nur 198 Hirnmetastasen gegenüber 238 Metastasen bei 1,5 T nach DD Gd-DOTA erfasst. Bei 6 Patienten wurden nach Angleichung der Kontrastmitteldosis 4 zusätzliche Hirnmetastasen auf 7 T gegenüber 1,5 T MPRAGE-Bildern ermittelt. Schlussfolgerung: Unsere vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Detektion von Hirnmetastasen mittels 7 T-MPRAGE-Sequenz nach einer Doppeldosis Kontrastmittel trotz höherer räumlicher Auflösung der 1,5 T-MPRAGE vergleichbar ist, während die 7 T-SWI-Sequenz 20 % mehr Mikrohämorrhagien in Hirnmetastasen zeigen konnte als die 1,5 T-SWI-Sequenz.

Abstract

Purpose: To compare the depiction of brain metastases of bronchial carcinomas on susceptibility-weighted and contrast-enhanced images with 7 T and at 1.5 T MRI. Materials and Methods: Twelve patients with brain metastases of bronchial carcinomas underwent 7 T and 1.5 T MRI. Minimum intensity projections (MinIP) of a 1.5 T SWI sequence (voxel size = 0.9 × 0.9 × 2.0 mm³) were compared to 7 T SWI MinIPs (voxel size = 0.4 × 0.4 × 1.5 mm³). A T 1-w 3D MPRAGE at 1.5 T (voxel size = 1 × 1 × 1 mm³ after double-dose (DD) gadoterate meglumine, Gd-DOTA) was compared to a 7 T MPRAGE sequence (voxel size = 0.7 × 0.7 x × 0.7 mm³, single dose (SD) Gd-DOTA) in all patients, and to DD Gd-DOTA in 6 patients after a 10 minute delay. The number of intracranial microhemorrhages in SWI MinIPs and the number of contrast-enhancing metastases in MPRAGE images were compared in each patient grouped into three size ranges (≤ 2 mm, > 2 mm and < 6 mm, ≥ 6 mm) by two radiologists in consensus. Results: In all 12 patients the 7 T SWI with spatially higher resolution allowed the identification of 87 versus 67 cerebral microhemorrhages at 1.5 T. 7 T T 1-w images after SD Gd-DOTA depicted 198 brain metastases versus 238 at 1.5 T after DD Gd-DOTA. After doubling the contrast dose in six patients, 4 additional brain metastases were identified at 7 T. Conclusion: Our preliminary results indicate that despite the higher spatial resolution the detection of brain metastases on 7 T MPRAGE images is almost equal to 1.5 T MPRAGE images. The 7 T SWI sequence with spatially higher resolution allowed the detection of 20 % more microhemorrhages in brain metastases compared to the 1.5 T SWI sequence.

7 Tesla - ultra high field MRI - brain metastases - bronchial carcinoma - susceptibility-weighted imaging

References

• 1 Klos K J, O’Neill B P. Brain metastases.  Neurologist. 2004;  10 31-46
• 2 Biswas G, Bhagwat R, Khurana R et al. Brain metastasis-evidence based management.  J Cancer Res Ther. 2006;  2 5-13
• 3 Sanchez de Cos J, Sojo Gonzalez M A, Montero M V et al. Non-small cell lung cancer and silent brain metastasis Survival and prognostic factors.  Lung Cancer. 2009;  63 140-145
• 4 Fuentes R, Bonfill X, Exposito J. Surgery versus radiosurgery for patients with a solitary brain metastasis from non-small cell lung cancer.  Cochrane Database of Systematic Reviews. 2006;  1 DOI: 10.1002/14651858.CD004840.pub2
• 5 Smalley S R, Schray M F, Laws E R et al. Adjuvant radiation therapy after surgical resection of solitary brain metastasis: association with pattern of failure and survival.  Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1987;  13 1611-1616
• 6 Jena Jr A, Taneja S, Talwar V et al. Magnetic resonance (MR) patterns of brain metastasis in lung cancer patients: correlation of imaging findings with symptom.  J Thorac Oncol. 2008;  3 140-144
• 7 Engh J A, Flickinger J C, Niranjan A et al. Optimizing intracranial metastasis detection for stereotactic radiosurgery.  Stereotact Funct Neurosurg. 2007;  85 162-168
• 8 Davis P C, Hudgins P A, Peterman S B et al. Diagnosis of cerebral metastases: double-dose delayed CT vs contrast-enhanced MR imaging.  Am J Neuroradiol. 1991;  12 293-300
• 9 Taphoorn M J, Heimans J J, Kaiser M C et al. Imaging of brain metastases. Comparison of computerized tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI).  Neuroradiology. 1989;  31 391-395
• 10 Sze G, Shin J, Krol G et al. Intraparenchymal brain metastases: MR imaging versus contrast-enhanced CT.  Radiology. 1988;  168 187-194
• 11 Runge V M, Kirsch J E, Burke V J et al. High-dose gadoteridol in MR imaging of intracranial neoplasms.  J Magn Reson Imaging. 1992;  2 9-18
• 12 Hawighorst H, Debus J, Schreiber W et al. Contrast-enhanced magnetization transfer imaging: improvement of brain tumor conspicuity and delineation for radiosurgical target volume definition.  Radiother Oncol. 1997;  43 261-267
• 13 Komada T, Naganawa S, Ogawa H et al. Contrast-enhanced MR imaging of metastatic brain tumor at 3 tesla: utility of T(1)-weighted SPACE compared with 2D spin echo and 3D gradient echo sequence.  Magn Reson Med Sci. 2008;  7 13-21
• 14 Trattnig S, Pinker K, Ba-Ssalamah A et al. The optimal use of contrast agents at high field MRI.  Eur Radiol. 2006;  16 1280-1287
• 15 Yuh W T, Christoforidis G A, Koch R M et al. Clinical magnetic resonance imaging of brain tumors at ultrahigh field: a state-of-the-art review.  Top Magn Reson Imaging. 2006;  17 53-61
• 16 Mönninghoff C, Maderwald S, Theysohn J M et al. Evaluation of intracranial aneurysms with 7 T versus 1.5 T time-of-flight MR angiography – initial experience.  Fortschr Röntgenstr. 2009;  181 16-23
• 17 Yi C A, Shin K M, Lee K S et al. Non-small cell lung cancer staging: efficacy comparison of integrated PET/CT versus 3.0-T whole-body MR imaging.  Radiology. 2008;  248 632-642
• 18 Christoforidis G A, Kangarlu A, Abduljalil A M et al. Susceptibility-based imaging of glioblastoma microvascularity at 8T: correlation of MR imaging and postmortem pathology.  Am J Neuroradiol. 2004;  25 756-760
• 19 Nobauer-Huhmann I M, Ba-Ssalamah A, Mlynarik V et al. Magnetic resonance imaging contrast enhancement of brain tumors at 3 tesla versus 1.5 Tesla.  Invest Radiol. 2002;  37 114-119
• 20 Schwindt W, Kugel H, Bachmann R et al. Magnetic resonance imaging protocols for examination of the neurocranium at 3 T.  Eur Radiol. 2003;  13 2170-2179
• 21 Rauscher A, Sedlacik J, Barth M et al. Nonnvasive assessment of vascular architecture and function during modulated blood oxygenation using susceptibility weighted magnetic resonance imaging.  Magn Reson Med. 2005;  54 87-95
• 22 Reichenbach J R, Venkatesan R, Schillinger D J et al. Small vessels in the human brain: MR venography with deoxyhemoglobin as an intrinsic contrast agent.  Radiology. 1997;  204 272-277
• 23 Reichenbach J R, Barth M, Haacke E M et al. High-resolution MR venography at 3.0 Tesla.  J Comput Assist Tomogr. 2000;  24 949-957
• 24 Sehgal V, Delproposto Z, Haddar D et al. Susceptibility-weighted imaging to visualize blood products and improve tumor contrast in the study of brain masses.  J Magn Reson Imaging. 2006;  24 41-51
• 25 Strugar J, Rothbart D, Harrington W et al. Vascular permeability factor in brain metastases: correlation with vasogenic brain edema and tumor angiogenesis.  J Neurosurg. 1994;  81 560-566
• 26 Theysohn J M, Maderwald S, Kraff O et al. Subjective acceptance of 7 Tesla MRI for human imaging.  Magma. 2008;  21 63-72
• 27 Ba-Ssalamah A, Nobauer-Huhmann I M, Pinker K et al. Effect of contrast dose and field strength in the magnetic resonance detection of brain metastases.  Invest Radiol. 2003;  38 415-422
• 28 Filippi M, Yousry T, Horsfield M A et al. A high-resolution three-dimensional T 1-weighted gradient echo sequence improves the detection of disease activity in multiple sclerosis.  Ann Neurol. 1996;  40 901-907
• 29 Kraff O, Theysohn J M, Maderwald S et al. MRI of the knee at 7.0 Tesla.  Fortschr Röntgenstr. 2007;  179 1231-1235
• 30 Jouvent E, Viswanathan A, Mangin J et al. Brain atrophy is related to lacunar lesions and tissue microstructural changes in CADASIL.  Stroke. 2007;  38 1786-1790
• 31 Edelstein W A, Glover G H, Hardy C J et al. The intrinsic signal-to-noise ratio in NMR imaging.  Magn Reson Med. 1986;  3 604-618
• 32 Yuh W T, Engelken J D, Muhonen M G et al. Experience with high-dose gadolinium MR imaging in the evaluation of brain metastases.  Am J Neuroradiol. 1992;  13 335-345
• 33 Schneider J P, Krohmer S, Gunther A et al. Zerebrale Veränderungen bei krisenhafter arterieller Hypertonie: MRT-Befunde der hypertensiven Enzephalopathie sind wegweisend für die Diagnostik und Therapie.  Fortschr Röntgenstr. 2006;  178 618-626
• 34 Hentschel F, Kreis M, Damian M et al. Evaulation des Beitrags der radiologischen bildgebenden Diagnostik bei demenziellen Erkrankungen – ein Vergleich mit der psychologischen Diagnostik.  Fortschr Röntgenstr. 2003;  175 1335-1343