MR Elastography of the Prostate: Initial In-vivo Application

 

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Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie ist die Überprüfung der Durchführbarkeit der In-vivo-Prostata-MR-Elastographie an gesunden Probanden. Methode: Die Applikation der mechanischen Welle erfolgte in Bauchlage mittels eines externen Oszillators mit Ankopplung an die Symphyse. Die MR-Elastographie wurde bei 7 gesunden Probanden mit einem 1,5-Tesla-MR-Tomographen (Philips Medizin Systeme, Holland) unter Verwendung von 4 zusammengeschalteten Oberflächenspulen durchgeführt. Die Messungen der mechanischen Welle innerhalb der Prostata erfolgten mithilfe einer bewegungssensitiven Spin-Echo-Sequenz, die phasenstabil mit der mechanischen Anregung synchronisiert wurde. Es wurden aus den Wellenbildern innerhalb der interessierenden Messvolumina die lokalen Gewebehärten rekonstruiert. Der hierfür angewandte Rekonstruktionsalgorithmus wurde zusätzlich an Phantommessungen validiert. Ergebnisse: Eine suffiziente Penetration der mechanischen Welle in die Prostata wurde bei allen Probanden erzielt, so dass jeweils verwertbare Bilddaten aufgenommen werden konnten. Die rekonstruierten Elastizitätsverteilungen der gesunden Prostatae zeigten eine Korrelation zur zonalen Organanatomie. Dabei wies die zentrale Zone (2,2 ± 0,3 kPa) eine niedrigere Elastizität als die peripherere Zone (3,3 ± 0,5 kPa) auf. Schlussfolgerung: Die In-vivo-MR-Elastographie der Prostata ist technisch möglich. Der entwickelte Messaufbau erlaubt sowohl die effiziente Einbringung der mechanischen Welle in die Prostata als auch eine zuverlässige Bilddatenakquisition.

Abstract

Purpose: To analyze the initial assessment of the technical feasibility of in-vivo MR elastography (MRE) of the prostate gland in healthy volunteers. Materials and Methods: Dynamic sinusoidal MR elastography was performed in 7 healthy volunteers in prone position. The mechanical wave was induced via an external oscillator attached to the pubic bone. A 1.5 Tesla MR system (Philips Medical Systems, Netherland) was used with 4 combined surface coils for signal reception. MRE data acquisition was performed with a motion-sensitive spin-echo MR sequence that was phase-locked to the mechanical oscillation. Subsequently, these images were used to reconstruct the local distribution of elasticity inside the prostate gland. The applied reconstruction algorithm was tested by means of phantom measurements. Results: Sufficient penetration of the mechanical wave into the prostate gland was achieved in all volunteers, allowing the acquisition of utilizable image data sets. The reconstructed distribution of elasticity (shear-modulus) inside the healthy prostate gland correlated with the zonal anatomy of the gland. The elasticity of the central portion (2.2 ± 0.3 kPa) appeared to be lower than the peripheral prostatic portion (3.3 ± 0.5 kPa). Conclusion: In-vivo MRE of the prostate gland is technically feasible. The proposed experimental set-up allows the efficient insertion of the mechanical wave into the prostate gland and provides a successful MR data acquisition.

References

• 1 Catalona W J, Smith D S, Ratliff T L. et al . Measurement of prostate-specific antigen in serum as a screening test for prostate cancer.  N Engl J Med. 1991;  324 1156-1161
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Engelbrecht M R, Jager G J, Laheij R J. et al . Local staging of prostate cancer using magnetic resonance imaging: a meta-analysis.  Eur Radiol. 2002;  12 2294-2302
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 3 Pegios W, Bentas W, Wittmann L. et al . Kernspintomographisches Staging des Prostatakarzinoms mittels kombinierter Endorektal-Body-Phased-Array-Spule und histopathologischer Korrelation.  Fortschr Röntgenstr. 2003;  175 1660-1666
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 4 Rabbani F, Stroumbakis N, Cava B R. et al . Incidence and clinical significance of false-negative sextant prostate biopsies.  J Urol. 1998;  159 1247
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 5 Kallel F, Price R E, Konofagou E. et al . Elastographic imaging of the normal canine prostate in vitro.  Ultrason Imaging. 1999;  21 201-215
  PubMedGoogle Scholar
• 6 Krouskop T A, Wheeler T M, Kallel F. et al . Elastic moduli of breast and prostate tissues under compression.  Ultrason Imaging. 1998;  20 260-274
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 7 Cochlin D L, Ganatra R H, Griffith D F. Elastography in the detection of prostate cancer.  Clin Radiol. 2002;  57 1014-1020
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 8 Lorenz A, Ermert H, Sommerfeld H J. et al . Ultrasound elastography of the prostate. A new technique for tumor detection.  Ultraschall Med. 2000;  21 8-15
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 9 Sommerfeld H J, Garcia-Schürmann M, Schewe J. et al . Prostatakarzinomdiagnostik durch Ultraschallelastografie.  Urologe [A]. 2003;  42 941-945
  PubMedGoogle Scholar
• 10 Lorenzen J, Sinkus R, Schrader D. et al . Imaging of breast tumors using MR-elastography.  Fortschr Röntgenstr. 2001;  173 12-17
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Dresner M A, Cheville J C, Myers R P. et al . MR Elastography of prostate cancer.  Proc Intl Soc Mag Reson Med. 2003;  11 578
  PubMedGoogle Scholar
• 12 Lorenzen J, Sinkus R, Lorenzen M. et al . MR-elastography of the breast: preliminary clinical results.  Fortschr Röntgenstr. 2002;  174 830-834
  PubMedGoogle Scholar
• 13 Chu K C, Rutt B K. Polyvinyl Alcohol Cryogel: an ideal phantom material for MR studies of arterial flow and elasticity.  Magn Reson Med. 1997;  37 314-319
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Sinkus R, Lorenzen J, Schrader D. et al . High resolution tensor MR-elastography for breast tumor detection.  Phys Med Biol. 2000;  45 1649-1664
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 15 Lorenzen J, Sinkus R, Adam G. Elastography: Quantitative imaging modality of the elastic tissue properties.  Fortschr Röntgenstr. 2003;  175 623-630
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 16 Manduca A, Oliphant T E, Dresner M A. et al . Magnetic resonance elastography: non-invasive mapping of tissue elasticity.  Med Image Anal. 2001;  5 237-254
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 17 Ophir J, Alam S K, Garra B. et al . Elastography: ultrasonic estimation and imaging of the elastic properties of tissues.  Proc Inst Mech Eng. 1999;  213 (3) 203-233
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 18 Bishop J, Poole G, Leitch M. et al . Magnetic resonance imaging of shear wave propagation in excised tissue.  J Magn Reson Imaging. 1998;  8 1257-1265
  PubMedGoogle Scholar
• 19 Muthupillai R, Lomas D J, Rossman P J. et al . Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves.  Science. 1995;  269 1854-1857
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 Wellman P, Howe R, Dalton E. et al . Breast tissue stiffness in compression is correlated to histological diagnosis.  Harvard BioRobotics Laboratory: Technical Report,. 1999; 
  PubMedGoogle Scholar

Dr. Jörn Kemper

Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universtätsklinikum Eppendorf (UKE)

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