Preliminary Results on the Influence of Chemoradiation on Apparent Diffusion Coefficients of Primary Rectal Carcinoma Measured by Magnetic Resonance Imaging

Purpose:

To study changes of the apparent diffusion coefficient (ADC) measured by magnetic resonance imaging (MRI) in patients with primary rectal carcinoma during a course of combined chemoradiation.

Patients and Methods:

Diffusion-weighted echo-planar imaging at 1.5 T was performed in patients (n = 8) with primary rectal carcinoma (cT3) undergoing preoperative chemoradiation. Mean tumor ADC values and ADC histograms were determined and compared weekly during the course of therapy. Surgical resection of the tumors enabled a correlation of ADC values with the pathologic classification.

Results:

In four patients tumor T-downstaging (ypT0–2) was observed, and in four patients no downstaging (ypT3) was seen. In all patients, ADC values were higher before onset of chemoradiation therapy compared to the end of chemoradiation. Separating the patients into two groups, a significant increase in ADC value during week 1 of therapy, followed by a steady decrease, was found for the therapy-responder group. In the nonresponder group, no initial increase of ADC values was observed. After the 1st week of therapy, ADC values were significantly lower in the nonresponder group during the remaining duration of therapy.

Conclusion:

With these preliminary results it could be shown that MR diffusion imaging is able to detect individual changes of tumor ADC values during the course of combined chemoradiation reflecting biological changes within the tumor tissue. Further studies will be necessary to prove the possible value of totally noninvasive ADC imaging on predicting therapy outcome.

Ziel:

Untersuchung von Änderungen des mittels diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie (DMRT) gemessenen Diffusionskoeffizienten (ADC) in primären Rektumkarzinomen während kombinierter Radiochemotherapie.

Patienten und Methodik:

Diffusionsgewichtete echoplanare Bildgebung wurde an einem 1,5-T-MR-Gerät bei Patienten (n = 8) mit primären Rektumkarzinomen (cT3) während kombinierter Radiochemotherapie durchgeführt. Mittlere Tumor-ADC-Werte und ADC-Histogramme wurden im Verlauf der Therapie wöchentlich erfasst und verglichen. Die sich an die Therapie anschließende chirurgische Resektion des Tumors ermöglichte eine Korrelation der ADC-Werte mit der pathologischen Klassifikation.

Ergebnisse:

Bei vier Patienten wurde eine Verbesserung des Tumorstadiums (ypT0–2) beobachtet, und bei vier Patienten war keine Verbesserung des Tumorstadiums (ypT3) feststellbar. Zwischen Anfang und Ende der Therapie kam es bei allen Patienten zu einer signifikanten Abnahme der mittleren ADC-Werte. Für die Patientengruppe mit Verbesserung des Tumorstadiums wurde ein signifikanter Anstieg der ADC-Werte während der 1. Therapiewoche, gefolgt von einer stetigen Abnahme, beobachtet. Für die Patientengruppe ohne Verbesserung des Tumorstadiums wurde keine ADC-Zunahme während der 1. Therapiewoche festgestellt. Nach der 1. Therapiewoche waren die ADC-Werte für die Gruppe ohne Verbesserung des Tumorstadiums signifikant niedriger als für die Gruppe mit Verbesserung des Tumorstadiums.

Schlussfolgerung:

Diese vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass die DMRT in der Lage ist, individuelle Änderungen der ADC-Werte, die biologische Veränderungen im Tumorgewebe widerspiegeln, während kombinierter Radiochemotherapie zu detektieren. Weitere Studien sind notwendig, um die mögliche Bedeutung der vollständig nichtinvasiven DMRT für die Vorhersage des Therapieergebnisses nachzuweisen.