Tracking the Mammary Architectural Features and Detecting Breast Cancer with Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging

Noam Nissan; Edna Furman-Haran; Myra Feinberg-Shapiro; Dov Grobgeld; Erez Eyal; Tania Zehavi; Hadassa Degani

doi:10.3791/52048

JoVE Journal > Medicine

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Medicine

चुंबकीय अनुनाद प्रसार tensor इमेजिंग के साथ स्तन स्थापत्य सुविधाओं ट्रैकिंग का पता लगाने और स्तन कैंसर

Published: December 15, 2014

doi:

10.3791/52048

Noam Nissan, Edna Furman-Haran, Myra Feinberg-Shapiro, Dov Grobgeld, Erez Eyal, Tania Zehavi, Hadassa Degani

¹Department of Biological Regulation,Weizmann Institute of Science, ²Unit of Biological Services,Weizmann Institute of Science, ³Department of Diagnostic Imaging,Meir Medical Center, ⁴Pathology Department,Meir Medical Center

Summary

We describe how to obtain parametric and vector maps of the diffusion tensor of the breast using magnetic resonance imaging. The protocol and final output following imaging processing are tailored for tracking breast architectural features and detecting breast malignancy.

Abstract

Breast cancer is the most common cause of cancer among women worldwide. Early detection of breast cancer has a critical role in improving the quality of life and survival of breast cancer patients. In this paper a new approach for the detection of breast cancer is described, based on tracking the mammary architectural elements using diffusion tensor imaging (DTI).

The paper focuses on the scanning protocols and image processing algorithms and software that were designed to fit the diffusion properties of the mammary fibroglandular tissue and its changes during malignant transformation. The final output yields pixel by pixel vector maps that track the architecture of the entire mammary ductal glandular trees and parametric maps of the diffusion tensor coefficients and anisotropy indices.

The efficiency of the method to detect breast cancer was tested by scanning women volunteers including 68 patients with breast cancer confirmed by histopathology findings. Regions with cancer cells exhibited a marked reduction in the diffusion coefficients and in the maximal anisotropy index as compared to the normal breast tissue, providing an intrinsic contrast for delineating the boundaries of malignant growth. Overall, the sensitivity of the DTI parameters to detect breast cancer was found to be high, particularly in dense breasts, and comparable to the current standard breast MRI method that requires injection of a contrast agent. Thus, this method offers a completely non-invasive, safe and sensitive tool for breast cancer detection.

Introduction

स्तन कैंसर के लिए दुनिया भर में महिलाओं के बीच कैंसर का सबसे आम कारण है। स्तन कैंसर का जल्दी पता लगाने के स्तन कैंसर के रोगियों के जीवन की गुणवत्ता और अस्तित्व में सुधार लाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका है। स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए मौजूदा मानक तरीकों एक्स-रे मैमोग्राफी और अल्ट्रासाउंड स्कैनिंग के आधार पर कर रहे हैं। अपर्याप्त संवेदनशीलता और विशेष रूप से घने स्तनों में घावों का पता लगाने के लिए इन तकनीकों, की विशिष्टता, स्तन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) सहित अन्य तकनीकों के विकास को प्रेरित किया है। गतिशील विपरीत बढ़ाया (डी सी इ) एमआरआई स्तन कैंसर ^1,2 का पता लगाने और निदान के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में स्थापित किया गया है और अक्सर कंप्यूटर सहायता प्राप्त निदान द्वारा सुविधा है ³ का मतलब है। वर्तमान में यह इस तरह के उच्च जोखिम वाले रोगियों ⁴ के रूप में विशेष मामलों के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन नियमित जांच के लिए, शायद क्योंकि उच्च लागत की जरूरत है एक विपरीत एजेंट का एक इंजेक्शन, मानकीकरण एक की कमी उपयोग करने के लिए नहींएन डी कम / मध्यम मूल्यों से ^5,6 संयुक्त मैमोग्राफी और डी सी इ-एमआरआई ^7,8 का उपयोग कर प्राप्त किया गया है कि उच्च मूल्यों को लेकर घातक घावों से सौम्य फर्क में चर विशिष्टता। हाल ही में, प्रसार डी सी इ-एमआरआई के लिए एक पूरक विधि के रूप में मूल्यांकन किया गया है एमआरआई और स्पष्ट प्रसार गुणांक (एडीसी) के परिणामस्वरूप नक्शे भारित और यह दिखाया गया था कैंसर, सौम्य घावों और सामान्य स्तन के ऊतकों ^9,10 के बीच भेद करने में मदद कर सकते हैं कि एडीसी मूल्यों । इसके अलावा, स्तन प्रसार tensor इमेजिंग (डीटीआई) की पढ़ाई 1.5 टी ^11-15 के क्षेत्र ताकत में और तीन टी ^16-24 के स्वस्थ स्वयंसेवकों और स्तन घावों के साथ रोगियों में शुरू किया गया। इन अध्ययनों के अधिकांश एडीसी और आंशिक anisotropy (एफए) मान ^{11,12,14,15,20-23} सूचना दी और एफए ^13,20 से अधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य एडीसी मूल्यों के साथ प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य होने के लिए इन दो मापदंडों पाया। इन अध्ययनों के परिणामों घातक घावों कंप्यूटर अनुप्रयोग के रूप में कम एडीसी मूल्यों का प्रदर्शन संकेत दिया किसामान्य ऊतकों और सौम्य घावों को ared, हालांकि, परस्पर विरोधी परिणाम मूल्यों और एफए ^{11,12,14,20-23} के नैदानिक क्षमता पर सूचित किया गया है। 3 टी DTI के अध्ययन का एक सेट में स्तन के ऊतकों के फ्रेम में तीन आतानक eigenvalues और eigenvectors के मूल्यों के रूप में अच्छी तरह से सूचित किया गया है, और परिणाम वेक्टर मुख्य आइजन्वेक्टर के नक्शे और eigenvalues के पैरामीट्रिक नक्शे, एडीसी, एफए में प्रस्तुत किए गए और एक अधिक से अधिक anisotropy सूचकांक ^16-19,24। इन अध्ययनों में मुख्य प्रसार eigenvalue और अधिक से अधिक anisotropy कैंसर घावों का पता लगाने और निदान के लिए सबसे ज्यादा संवेदनशील स्वतंत्र मापदंडों के रूप में सेवा करने के लिए दिखाया गया

स्तन fibroglandular ऊतक और वसा ऊतकों से बना है। fibroglandular ऊतक आगे आकार और आकार में अत्यधिक चर रहे हैं जो कई पालियों, से बना है। प्रत्येक पालि microstructure के कार्यात्मक स्तन पेड़ और ग्रंथियों के ऊतक के गठन जुड़े lobules, और आसपास के संयोजी-फाई शामिलbrous ऊतक। अधिकांश स्तन कैंसर आसपास के ऊतकों में घुसपैठ से आक्रामक कार्सिनोमा में बदल जाते हैं जो सीटू कार्सिनोमा में विकासशील नलिकाओं या lobules में उपकला कोशिकाओं की न्यायपालिका प्रसार से शुरू करते हैं। इसलिए, नलीपरक / lobular संरचनाओं घातक स्तन परिवर्तन की जांच का एक अनिवार्य क्षेत्र हैं।

नलीपरक पेड़ों की ढांचागत सुविधाओं पहली स्तन नमूनों ²⁵ की नलिकाओं के लिए रंग का मोम का इंजेक्शन का उपयोग सर एस्ले कूपर ने 1840 में पूर्व vivo जांच की गई। हाल ही में, पूरे स्तन वाहिनीपरक पेड़ों की कंप्यूटर व्युत्पन्न ट्रैकिंग स्तन नमूनों ^26,27 का उपयोग करते हुए कुछ मानव स्तनों में हासिल किया गया है। यहाँ प्रस्तुत काम में विवो प्रसार tensor इमेजिंग द्वारा प्राप्त मापदंडों गैर इनवेसिव स्तन कैंसर का पता लगाने में भी सक्षम करने, अलग स्तन के ऊतकों microstructural सुविधाओं के साथ संबंधित जानकारी प्रदान करते हैं कि पता चलता है।

पीस्तन प्रसार tensor इमेजिंग अंतर्निहित hysical सिद्धांतों को मापने और प्रतिबंधित वातावरण ²⁸ में अनिसोट्रोपिक पानी प्रसार यों के लिए एमआरआई क्षमता के आधार पर कर रहे हैं। पानी आंदोलन प्रसार की दीवारों के लिए एक तेजी से मुक्त प्रसार समानांतर और दीवारों को सीधा एक धीमी प्रतिबंधित प्रसार के साथ (अनिसोट्रोपिक हो जाता है क्योंकि अभेद्य दीवारों से प्रतिबंध का रुका है सामान्य में, अगर सजातीय समाधान में पानी प्रसार, हालांकि, मुक्त और isotropic है चित्रा 1)। ऊतकों में जल प्रसार जटिल है और अंतर की संरचनात्मक और शारीरिक विशेषताओं और 'कोशिकाओं के आकार,' कोशिकाओं घनत्व, कोशिकी टेढ़ा-मेढ़ापन और झिल्ली के माध्यम से, साथ ही नाड़ी और लसीका नेटवर्क की उपस्थिति पर पानी का आदान-प्रदान सहित कोशिकी डिब्बों पर निर्भर करता है (चित्रा 2)।

<bआर /> चित्रा 1: नि: शुल्क और प्रतिबंधित प्रसार अभेद्य दीवारों (दाएं) द्वारा प्रतिबंधित एक पानी के अणु मुक्त प्रसार (बाएं) और प्रसार के योजनाबद्ध ड्राइंग।।

चित्रा 2: एक ऊतक में परिसर प्रसार बाह्य और intracellular डिब्बों और इन दो डिब्बों के बीच पानी एक्सचेंज (तीर) में पानी के अणुओं आंदोलन दिखा एक सेलुलर प्रणाली में पानी प्रसार के योजनाबद्ध ड्राइंग।।

कारण स्तन के विशिष्ट स्थापत्य सुविधाओं के लिए स्तन नलिकाएं और lobules में पानी के अणुओं का प्रसार प्रतिबंधित और anisotropic आंदोलन का एक विशिष्ट उदाहरण मौजूद: नलिकाओं की दीवारों के समानांतर में और प्रसार मुक्त प्रसार के करीब है lobules लेकिन दीवारों से यह, दीवारों के द्वारा प्रतिबंधित है दो से बना सीधा दिशाओं मेंसेल और तहखाने झिल्ली की परतों। नतीजतन नलीपरक / ग्रंथियों प्रणाली में प्रसार अपेक्षाकृत तेजी से और anisotropic है। दूसरी ओर, नलिकाओं आसपास के संयोजी रेशेदार ऊतकों में प्रसार इस ऊतक में उच्च पानी सामग्री और कम सेल घनत्व (आंकड़े 3 और 4) का एक परिणाम के रूप में तेजी से और isotropic है। द्रोह की उपस्थिति में, कैंसर कोशिकाओं द्वारा नलिकाएं और lobules की रुकावट (और चित्रा 3 4) सभी दिशाओं में और anisotropic आंदोलन में प्रसार गुणांक में कमी के कारण पानी आंदोलन का टेढ़ा-मेढ़ापन और प्रतिबंध बढ़ जाती है।

चित्रा 3: स्तन lobules में प्रसार lobules के माध्यम से एक कट और एक लोब्यूल अंदर पानी प्रसार के योजनाबद्ध ड्राइंग।। वाम: तेजी दिखा lobules 'दीवारों से प्रतिबंधित पानी का प्रसारदीवारों को सीधा प्रसार दीवारों के समानांतर और प्रतिबंधित प्रसार। अधिकार: कैंसर कोशिकाओं के साथ lobules में प्रसार। कोशिकी डिब्बे में प्रसार अत्यधिक रुकावट लेकिन सभी दिशाओं में समान हैं और इसलिए, लगभग isotropic है।

चित्रा 4:। नलीपरक पेड़ प्रणाली में पानी प्रसार वाम: उनके निकलने दिशा, और उनके अंतर-उपशाखा ²⁵ दिखा रंग का मोम इंजेक्शन के साथ स्तन नलिकाओं,। मध्य: नलिकाएं (काला तीर) के अंदर प्रसार का संकेत वैक्टर के साथ एक सामान्य नलीपरक पेड़ के योजनाबद्ध ड्राइंग और संयोजी ऊतक में हरे (तीर)। अधिकार: कैंसर कोशिकाओं के दो लोकी (बैंगनी) के साथ एक नलीपरक पेड़ के योजनाबद्ध ड्राइंग। लाल तीर के कैंसर में प्रसार दिखा रहे हैं।

इस पत्र में विस्तार से प्रसार tensor स्कैनिंग विधि और जनसंपर्क का वर्णनocessing एल्गोरिदम और स्तन कैंसर का पता लगाने के सक्षम होना चाहिए कि डीटीआई डेटासेट के सॉफ्टवेयर विश्लेषण। सभी तरह के कैंसर स्तन बायोप्सी और / या शल्य नमूनों की ऊतकविकृतिविज्ञानी निष्कर्षों द्वारा पुष्टि की गई। हम यह भी स्तन शारीरिक विशेषताओं, साथ ही डीटीआई संवेदनशीलता का पता लगाने के मूल्यांकन के लिए एक संदर्भ के तरीके के रूप में सेवा की है कि डी सी इ स्कैनिंग प्रोटोकॉल प्राप्त करने के लिए टी 2 भारित स्कैनिंग प्रोटोकॉल का वर्णन है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Protocol

नोट: सभी प्रोटोकॉल मीर मेडिकल सेंटर, Kfar-सबा, इजरायल की आंतरिक समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया है और एक हस्ताक्षर किए सूचित सहमति सभी विषयों से प्राप्त हुई थी। एमआरआई स्कैनर में 1. रोगी तैयारी और पोजिशनिंग इसके विपरीत एजेंट इंजेक्शन के लिए छोड़ दिया है या सही बांह में एक अंतःशिरा कैथेटर डालें। चित्रा 5 में प्रदर्शन के रूप में रोगी स्तन कुंडली के द्विपक्षीय उद्घाटन में स्वतंत्र रूप से फांसी दोनों स्तनों के साथ प्रवण स्थिति में झूठ बोल रही है कि सुनिश्चित करें। सिर रोगी के सिर और गर्दन के आराम के लिए एक तकिया पर तैनात है और चित्रा 5 में प्रदर्शन के रूप में दोनों हाथ सिर के ऊपर रखा जाता है कि सुनिश्चित करें। प्रत्येक स्तन चित्रा 5 में प्रदर्शन के रूप में के रूप में गहराई से संबंधित कुंडल उद्घाटन के भीतर संभव के रूप में ढीला और फांसी, एक केंद्रीय स्थिति में है कि सुनिश्चित करें। ई 5 "src =" / फ़ाइलें / ftp_upload / 52,048 / 52048fig5highres.jpg "/> चित्रा 5: स्तन एमआरआई स्कैनिंग के लिए एक महिला की स्थिति। प्रवण स्थिति और स्तन कुंडली के द्विपक्षीय उद्घाटन में दोनों स्तनों से मुक्त फांसी पर ध्यान दें। नसों में कैथेटर को स्वचालित इंजेक्शन पंप कनेक्ट करें। 2. एमआरआई स्कैन देखने के क्षेत्र (FOV) दोनों स्तनों स्थानीयकृत के लिए एमआरआई स्कैनर के साथ एक पायलट छवि मोल और निर्धारित करते हैं, स्लाइस और टुकड़ा मोटाई की संख्या पूरी तरह से बगल के लिए और छाती की दीवार को विस्तार के साथ दोनों स्तनों को कवर करने के लिए। एमआरआई स्कैनर के साथ प्रदर्शन निम्न सभी स्कैनिंग दृश्यों में, प्रत्येक मामले के लिए FOV, टुकड़ा संख्या और टुकड़ा मोटाई का एक ही मूल्य रखना। उदाहरण के लिए, पढ़ें और चरण दिशा में 360 मिमी के FOV, स्तनों के आकार के आधार पर 2-3 के बीच मिमी, लेकर टुकड़ा मोटाई, और एक चरण एन्कोडिंग दिशा एल के साथ 60 अक्षीय स्लाइस अधिग्रहण2; 1 टेबल में संकेत के रूप में> आर या आर >> एल प्रत्येक दृश्य के लिए इस्तेमाल किया अधिग्रहण मैट्रिक्स आयाम के आधार पर निम्न दृश्यों में में विमान संकल्प बदलती हैं। प्रायोगिक पैरामीटर 2 डी टी 2 भारित 2D डीटीआई 2D जीई क्षेत्र मानचित्रण 3 डी डी सी इ पुनरावृत्ति समय (टी.आर.) मिसे 5500 10,800 669 6.8 गूंज समय (ते) मिसे 122 120 4.92 2.49 ते (2) 7.38 फ्लिप कोण, डिग्री 60 18 अधिग्रहण मैट्रिक्स 640 X 428 192 X 192 64 एक्स 192 </टीडी> 428 X 428 मूविंग 1 1 1 1 concatenations 4 1 1 1 टर्बो कारक 21 टुकड़ा प्रति गाड़ियों की संख्या 11 इको रिक्ति, मिसे 10 0.79 बैंडविड्थ, हर्ट्ज / पिक्सेल 300 1860 1532 560 विमान स्कैनिंग संकल्प में 0.56 एक्स 0.84 1.9 एक्स 1.9 0.8 एक्स 0.8 विमान छवि संकल्प में 0.56 एक्स 0.56 1.9 एक्स 1.9 1.9 एक्स 1.9 0.8 एक्स 0.8 अधिग्रहण के समय, मिनट: सेकंड 4:26 6:09 1:28 01:06 (X9) प्रसार ढ़ाल की # 30 फैट दमन नही वसा-सैट / SPAIR 1 नही बी-मूल्यों, एसईसी / 2 मिमी 0, 700 तालिका 1:। इस अध्ययन में इस्तेमाल दृश्यों की प्रयोगात्मक मापदंडों एक वसा-सैट: फैट संतृप्ति। SPAIR: स्पेक्ट्रल तनु उलटा वसूली। एमआरआई स्कैनर का यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के साथ दोनों स्तनों और कांख भी शामिल है कि एक क्षेत्र स्थानीय बनाना और एक shimming बॉक्स परिभाषित करते हैं। चुंबकीय क्षेत्र 29 अनुकूलन करने के लिए चलने का एक shimming रणनीति को लागू करें। यूजर इंटरफेस कंप्यूटर की स्क्रीन पर प्रोटॉन स्पेक्ट्रम प्रदर्शन और टी पर आवृत्ति केंद्रित द्वारा shimming समायोजितवह पानी अनुनाद आवृत्ति और फिर वसा अनुनाद आवृत्ति पर। यह सबसे अच्छा वसा और पानी के संकेतों को अलग करती है और प्रोटॉन स्पेक्ट्रम में पता चला के रूप में अधिकतम संकेत तीव्रता और आकार का अनुकूलन जब तक shimming दोहराएँ। विकिरण आवृत्ति पानी अनुनाद आवृत्ति पर केंद्रित है कि जाँच करें। 2. पॉप जाएगा कि मापदंडों फिक्स त्वरण कारक के साथ, सामान्यीकृत ऑटो औजार आंशिक रूप से समानांतर अधिग्रहण (GRAPPA) का उपयोग वसा संतृप्ति के बिना उच्च स्थानिक संकल्प पर यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के माध्यम से एक 2 डी आड़ा टी 2 भारित टर्बो स्पिन गूंज बहु टुकड़ा अनुक्रम लागू करें तालिका 1 में कॉलम "2 डी टी 2 भारित" में अपने मूल्यों के अनुसार स्क्रीन पर। यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के माध्यम से एक 2 डी आड़ा, वसा दबा दिया, स्पिन गूंज प्रसार tensor इमेजिंग लागू करें – डीटीआई 2. मापदंडों फिक्स त्वरण कारक के साथ, दो बार GRAPPA का उपयोग कर गूंज तलीय इमेजिंग अनुक्रम 30, refocused का उपयोग करकि तालिका 1 में कॉलम "2 डी डीटीआई" में अपने मूल्यों के अनुसार स्क्रीन पर पॉप जाएगा। गूंज-तलीय इमेजिंग (महामारी) में ज्यामितीय विकृतियों को सही करने के लिए यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के माध्यम से एक क्षेत्र मानचित्रण अनुक्रम लागू करें, और Jezzard और Balaban 31 द्वारा वर्णित के रूप चरण अंतर छवियों प्राप्त करते हैं। अनुक्रम दो चरण में अलग गूंज समय के साथ 2 डी आड़ा ढाल गूंज (जीई) छवियों का अधिग्रहण भी शामिल है कि सुनिश्चित करने, और चरण एन्कोडिंग दिशा DTI के अनुक्रम (2.5 कदम) के रूप में ही है। तालिका 1 में कॉलम "2 डी जीई क्षेत्र मानचित्रण" में अपने मूल्यों के अनुसार स्क्रीन पर पॉप जाएगा कि मापदंडों को ठीक करें। यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के माध्यम से तीन बार बिंदु (3TP) विधि 32 के अनुसार अनुकूलित मापदंडों के साथ मोटी-दमन के बिना एक 3 डी तेज ढाल गूंज अनुक्रम का उपयोग कर एक गतिशील विपरीत बढ़ाया प्रोटोकॉल को लागू करें। मापदंडों तय है कितालिका 1 में कॉलम "3 डी डी सी इ" में अपने मूल्यों के अनुसार स्क्रीन पर पॉप जाएगा। कदम 2.7 में प्रोटोकॉल के अनुसार दो प्रारंभिक precontrast छवियों को रिकार्ड। खारा फ्लश के 20 मिली, जिसके बाद 2 मिलीलीटर / सेकंड की दर से एक स्वचालित पंप का उपयोग कर, 0.1 mmol / किग्रा शरीर के वजन की एक खुराक पर, दूसरा पूर्व विपरीत अधिग्रहण विपरीत एजेंट gadopentetatedimeglumine के अंत से पहले 15 सेकंड इंजेक्षन, 2 मिलीलीटर / सेकंड पर। 54, 120, 186, 252, 318, 384, और 450 सेकंड पोस्ट विपरीत इंजेक्शन में कदम 2.7 में प्रोटोकॉल के अनुसार सात अनुक्रमिक 3 डी डेटासेट रिकॉर्डिंग जारी रखें। यूजर इंटरफेस कंप्यूटर के माध्यम से एक 2 डी आड़ा लागू करें टी 2 भारित वसा टी 2 भारित इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया उन लोगों के लिए इसी तरह की प्रयोगात्मक विवरण 2.4 चरण में वर्णित टर्बो त्वरण कारक 2. उपयोग के साथ GRAPPA का उपयोग कर उच्च स्थानिक संकल्प पर बहु टुकड़ा अनुक्रम, स्पिन गूंज दबा </sटुनिशिया>। नोट: एमआरआई प्रोटोकॉल में दिए चरणों का सारांश एक समय के पाठ्यक्रम चित्रा 6 में प्रदान की जाती है। चित्रा 6: नैदानिक एमआरआई प्रोटोकॉल के समय के पाठ्यक्रम। 3. छवि प्रसंस्करण सभी स्कैनिंग दृश्यों के द्वारा प्राप्त पूरे डाटासेट हस्तांतरण (चरणों 2.4 में वर्णित – 2.9) एक दूरदराज के कार्य केंद्र या पर्सनल कंप्यूटर के लिए और स्तन प्रसार tensor इमेजिंग और डी सी इ-एमआरआई विश्लेषण करने के लिए समर्पित सॉफ्टवेयर प्रोग्राम के साथ छवियों के पूरे डेटासेट प्रक्रिया। इधर, MATLAB के 19 में से programing के वातावरण का उपयोग करके सत्यापित किया गया था कि सी ++ में लिखे homebuilt सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग कर नीचे वर्णित चरणों का प्रदर्शन करते हैं। सामान्य में, वाणिज्यिक स्कैनर स्तन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है लेकिन यह है कि मस्तिष्क DTI के प्रयोगों के लिए छवि प्रसंस्करण उपकरण प्रदानहमारे homebuilt सॉफ्टवेयर पैकेज द्वारा लागू सभी संसाधन कार्यों के लिए नहीं हो सकता चित्रा 7 की फ़्लोचार्ट में चरणों का पालन एक समर्पित डीटीआई इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर डीटीआई डेटासेट की छवि प्रसंस्करण प्रदर्शन। चित्रा 7: DTI के प्रसंस्करण में शामिल कदम की फ़्लोचार्ट। स्तन के बाहर शोर स्तर और (लगभग 1 सेमी 2) ब्याज की 3 से 4 क्षेत्रों में शेष ऊतक का मूल्यांकन करें और अधिक से अधिक शोर के स्तर को खोजने के लिए डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग। , डी XX, डी yy, डी, अधिकतम शोर के स्तर से ऊपर और 60 स्लाइस में से प्रत्येक में सभी पिक्सल में पिक्सेल द्वारा छह प्रसार गुणांक पिक्सेल की गणना करने के डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोगZZ, डी XY, डी XZ, डी YZ, डी 33 नीचे वर्णित सममित आतानक की (8 चित्रा देखें) जहां डी XY = डी YX, डी ZY = डी YZ, डी ZX = डी XZ। सी, जे (ख) = सी (0) EXP (-bD), सी, जे (ख) संकेत कहां है: आतानक घटकों Stejskal-टान्नर समीकरण के आधार पर एक गैर रेखीय प्रतिगमन फिटिंग प्रोग्राम का उपयोग गणना करने के लिए आदेश में दिशा जम्मू और सी में एक प्रसार ढाल के साथ पिक्सेल मैं की तीव्रता (0) बी 0 = 2 मिमी · एस में ही पिक्सेल का संकेत तीव्रता है। इस फिटिंग में प्रत्येक प्रसार ढाल दिशा के लिए 30 अरेखीय कार्यों के वर्गों का योग कम से कमLevenberg-Marquardt एल्गोरिथ्म 34 है इस कदम के एक संशोधन द्वारा छह प्रसार tensor चर घटकों मुफ्त सॉफ्टवेयर cminpack द्वारा (प्रदर्शन किया था http://devernay.free.fr/hacks/cminpack/index.html )। चित्रा 8: सममित प्रसार tensor उपज गणना कदम की योजनाबद्ध ड्राइंग। प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) 35 आवेदन द्वारा प्रत्येक पिक्सेल में सममित प्रसार tensor diagonalize को डीटीआई सॉफ्टवेयर का प्रयोग करें। नोट: पीसीए डेटा के dimensionality कम करने और असहसंबद्ध और orthogonal कुल्हाड़ियों की एक नई प्रणाली के समन्वय में सहसंबद्ध पिक्सेल मापदंडों कि नक्शे एक रेखीय परिवर्तन को खोजने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया विधि है। इस पीआरocess प्रत्येक पिक्सेल तीन eigenvectors के लिए पैदावार (ν 1, ν 2, ν 3), ऊतक के प्रसार फ्रेम के साथ मेल खाता है कि एक दीर्घवृत्ताभ आकार के तीन ओर्थोगोनल कुल्हाड़ियों, और इसी के तीन प्रसार eigenvalues में प्रसार दिशा को परिभाषित करने, उच्च से व्यवस्था की कम करने के लिए, कि तीन दिशात्मक प्रसार गुणांक (λ 1, λ 2, λ 3) (देखें आंकड़े 9 और 10) का निर्धारण। चित्रा 9: ऊतक के प्रसार फ्रेम और दीर्घवृत्ताभ को मॉडलिंग के साथ coinciding eigenvalues और eigenvectors उपज गणना कदम की योजनाबद्ध ड्राइंग। चित्रा 10: Schematसामान्य नलीपरक ऊतकों में और कैंसर के ऊतकों में प्रसार eigenvectors और eigenvalues गणना कि मुख्य प्रसंस्करण कदम के आईसी ड्राइंग। तीन eigenvalues <λ> = (λ 1 λ 2 λ 3) / 3 की औसत के रूप में परिभाषित प्रत्येक पिक्सेल स्पष्ट प्रसार गुणांक (एडीसी) के लिए गणना करने के लिए डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग। (- Λ 3 λ 1) प्रत्येक पिक्सेल के लिए अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है अधिक से अधिक पूर्ण anisotropy सूचकांक की गणना करने के डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग। प्रत्येक पिक्सेल के लिए (एक दिशा में मुक्त प्रसार) के लिए 1 (isotropic प्रसार) 0 पर्वतमाला के बीच निम्न समीकरण के अनुसार कि आंशिक anisotropy (एफए) सूचकांक की गणना करने के डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग करें: Displa को डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोगदोनों स्तनों को एक वेक्टर प्रधानमंत्री आइजन्वेक्टर की दिशा दिखाने का नक्शा, एक ν, और तीन रंगों ν एक का मुख्य दिशाओं का संकेत है और उसी के एक टी 2 भारित छवि पर उन्हें ओवरले के साथ एक रंग कोडित नक्शा भर में प्रत्येक टुकड़ा में पिक्सेल द्वारा Y पिक्सेल टुकड़ा (9 चित्रा)। यह कदम मुफ्त सॉफ्टवेयर जीटीके (उपयोग किया गया था http://gtk.org ग्राफिक्स के लिए)। सभी प्रसार tensor के मूल्यों λ 1, λ 2, λ 3, एडीसी पैरामीटर दोनों स्तनों के दौरान प्रत्येक टुकड़ा में पिक्सेल द्वारा पिक्सेल प्रदर्शन है कि प्रसार tensor इमेजिंग पैरामीट्रिक नक्शे, λ एक -λ 3 के निर्माण के लिए डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग, और एफए और एक ही टुकड़ा की एक टी 2 भारित छवि पर उन्हें ओवरले (11 चित्रा)। <strओंग> चित्रा 11:। एक 24 वर्षीय स्वस्थ स्वयंसेवक के स्तनों में एक केंद्रीय टुकड़ा के पैरामीट्रिक DTI के नक्शे के उत्पादन में एक ही टुकड़ा दीर के टी 2 भारित छवि पर मढ़ा। – लाल रंग के साथ निर्देशन के मानचित्र पैर दिशाओं का संकेत सिर पीछे तक सही, हरी का संकेत पूर्वकाल के लिए छोड़ दिया और हरे रंग का संकेत है। वेक्टर नक्शे में वैक्टर सफेद लाइनों में चिह्नित कर रहे हैं कि ध्यान दें। सभी प्रसार गुणांक और अधिक से अधिक anisotropy सूचकांक 10 -3 2 मिमी / सेकंड की इकाइयों में कर रहे हैं। एफए इकाई से भी कम है। वेक्टर मानचित्र में बड़े पैमाने बार 20 मिमी की लंबाई और शेष सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई के लिए टी 2 छवि में बड़े पैमाने बार संदर्भित करता है को संदर्भित करता है। आवश्यक हो, ज्यामितीय विकृतियों अगर कदम 2.6 में वर्णित के रूप में प्राप्त चरण फर्क नक्शा लोड करके, सही करने के लिए डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग। + Π represe को -π की एक श्रृंखला के लिए ढाल गूंज छवि में शोर के स्तर से ऊपर सभी पिक्सल में अंतर चरण मानचित्र की रेंज शिफ्टरेडियंस में चरण पारी Δɸ (एक्स, वाई, जेड) (चित्रा 12) nting। के अनुसार पिक्सल में स्थानिक पारी की गणना करने के डीटीआई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग करें: ΔTE दो गूँज के बीच समय का अंतर है 2.46 x 10 -3 मिसे के बराबर होती है और BWP प्रयोग में चरण बैंडविड्थ 13.2 हर्ट्ज / पिक्सेल के बराबर होती है। क्षेत्र मानचित्र के अनुसार पिक्सल पारी और प्रसार tensor मापदंडों (चित्रा 12) पुनर्गणना। चित्रा 12:। एक चरण फर्क नक्शे की मदद से ज्यामितीय विरूपण सुधार का उदाहरण छवियों आक्रामक lobular कार्सिनोमा के साथ एक 47 साल पुराने स्वयंसेवक से दर्ज किए गए। बाएं टी 2 भारित छवि पर पहले कॉलम और एक टुकड़ा का एक चरण फर्क मानचित्र मेंबाएं स्तन में कैंसर के साथ प्रदर्शित कर रहे हैं। दूसरा और 3 आरडी में स्तंभों एक नक्शे सुधार से पहले पहली पंक्ति में प्रदर्शित कर रहे हैं और सुधार के बाद λ एक नक्शे दूसरी पंक्ति में प्रदर्शित कर रहे हैं λ। λ एक नक्शे इसी टी 2 भारित छवि पर मढ़ा जाता है। 2 एन डी कॉलम में पानी के प्रसार गुणांक की पूरी रेंज (0.8-3.0) X10 -3 मिमी 2 सेकंड के लिए एक कम सीमा 1.7 एक्स 10 की एक सीमा के साथ प्रयोग किया जाता है रंग कोडित पैमाने के लिए और 3 आरडी कॉलम में प्रयोग किया जाता है / बाएं स्तन में कैंसर और सामान्य स्तन के ऊतकों के बीच इसके विपरीत पर जोर देती है कि -3 2 मिमी / सेकंड। टी 2 छवि में बड़े पैमाने बार सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई को दर्शाता है। ऐसे 3TP इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर के रूप में 17 वृद्धि की गतिज मापदंडों के पिक्सेल नक्शे से पिक्सेल प्रदान करता है कि एक सॉफ्टवेयर का उपयोग कर डी सी इ-एमआरआई डेटासेट की छवि प्रसंस्करण प्रदर्शन।

Representative Results

विधि शुरू में विभिन्न हार्मोनल चरणों में सामान्य स्वयंसेवकों स्कैनिंग द्वारा परीक्षण किया है और प्रदर्शन किया गया। स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है के रूप में 11, fibroglandular ऊतक के अपेक्षाकृत उच्च अंश के साथ एक युवा स्वस्थ स्वयंसेवक के एक केंद्रीय टुकड़ा के हमारे सॉफ्टवेयर का उपयोग कर प्राप्त पैरामीट्रिक और सदिश नक्शे का प्रदर्शन चित्रा टी 2 भारित छवि पर (सभी ग्रे क्षेत्रों fibroglandular ऊतक होते हैं और चमकदार क्षेत्रों वसा) कर रहे हैं। एक λ प्रधानमंत्री प्रसार गुणांक की दिशा निपल की ओर इशारा करते हुए पिक्सल के एक बड़े अंश के साथ वेक्टर नक्शा V1 में दिखाया गया है। दो λ को आतानक गुणांक 1 λ से गिरावट प्रसार के मूल्यों की उम्मीद के रूप में 3 λ करने के लिए। औसत diffusivity एडीसी की गणना सक्षम होना चाहिए इन तीनों प्रसार गुणांक का उपयोग करना, आंशिक anisotropy (एफए) और अधिक से अधिक anisotropy, λ 1 – λ 3। एफए के नक्शे और λ एक में सूचना – λ <sub> 3 इन दोनों सूचकांकों के मूल्यों के स्थानिक वितरण में उच्च अनुरूपता। एक 63 वर्षीय सामान्य स्वयंसेवक के लिए चित्रा 13 में उदाहरण के रूप में दिखाया गया रजोनिवृत्ति के बाद महिलाओं में स्तन आमतौर पर कम घने हैं। प्रसार गुणांक बुजुर्ग स्वयंसेवक में कम कर रहे हैं, लेकिन anisotropy सूचकांकों दिशाओं में प्रसार पर लगाया उच्चतर प्रतिबंध नलीपरक दीवारों से orthogonal, संभवतः क्योंकि इसलिए नलिकाएं और lobules और के निचले व्यास की, अधिक कर रहे हैं। दूध खनिजों के साथ भंग कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन समुच्चय में शामिल है कि एक पानी आधारित तरल पदार्थ के भीतर वसा ग्लोबुलेस का एक कोलाइड चूंकि नलिकाओं के आकार के आतानक की संवेदनशीलता का प्रदर्शन एक और उदाहरण है। चित्रा 14 में एक स्तनपान कराने वाली स्वयंसेवक के उदाहरण में दिखाया गया है दूध की चिपचिपाहट इस प्रकार सामान्य पानी नलिकाओं में तरल पदार्थ, और की तुलना में अधिक है, स्तनपान कराने वाली स्तन के पानी प्रसार गुणांक एल रहे हैंpremenopausal महिलाओं के 24 की तुलना में ower। इसके अलावा, निप्पल के पास नलिकाओं बड़े हैं और नलिकाओं के orthogonal दिशाओं में प्रतिबंध गैर स्तनपान कराने वाली स्तन की तुलना में कम है, और फलस्वरूप anisotropy सूचकांकों के रूप में अच्छी तरह से कम कर रहे हैं। हालांकि स्तनपान कराने वाली स्तन के lobular -posterior क्षेत्रों में anisotropy अभी भी अधिक है। दुष्टता के साथ रोगियों में प्रसार tensor मापदंडों में मुख्य परिवर्तन तीन प्रसार गुणांक में एक महत्वपूर्ण कमी में प्रदर्शन किया है। λ 1 में परिवर्तन शोर अनुपात 19 के लिए उच्चतम विपरीत प्रदान करने के लिए पाए गए। इस अध्ययन आक्रामक ductal कार्सिनोमा (आईडीसी) के साथ का निदान 33 रोगियों, बगल में ductal कार्सिनोमा के साथ 19 (DCIS), अन्य कैंसर के साथ आक्रामक lobular कार्सिनोमा (ILC) और 3 के साथ 13 सहित पुष्टि की विकृति के साथ 68 रोगियों शामिल थे। कई रोगियों बहु फोकल या बहु केंद्रित स्तन कैंसर था। कैंसर के आकार vari10 से 30 मिमी के 14 मिमी और अन्तःचतुर्थक श्रेणी की औसत के साथ 3 से 95 मिमी से एड। इन रोगियों में से सभी में DCE और डीटीआई का पता लगाने की दर तुलनीय थे। हालांकि, डी सी इ में वृद्धि से पता चला है और कैंसर की वजह से मुख्य रूप से क्षेत्र inhomogeneity और विकृतियों और कलाकृतियों में जिसके परिणामस्वरूप अपर्याप्त वसा दमन करने के लिए संबंधित फैटी स्तनों में तकनीकी समस्याओं के डीटीआई विश्लेषण में शामिल नहीं थे के रूप में विकृति द्वारा पुष्टि की गई है कि 5 मामलों। 16 और 17 के दो मुख्य प्रसार मापदंडों के विशिष्ट पैरामीट्रिक नक्शे का प्रदर्शन, 15 आंकड़े 1 λ और λ 1 – स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए किया जाता है कि λ 3। यह आंकड़ा दिखाता है, इसके अलावा में भारित छवियों टी 2 के लिए, 3TP रंग कोडित विधि का उपयोग डी सी इ विश्लेषण का परिणाम है। नलिकाओं या lobules में परिचय में घातक कोशिकाओं की उपस्थिति के बारे में बताया और जैसा कि उनके टी काफी कम करने कोशिकी डिब्बे में प्रसार में बाधा आसपास केवह गुणांक प्रसार। इसके अलावा, कारण नलीपरक संरचनाओं के लिए anisotropy कोई अलग दिशा के साथ एक अराजक तरीके से सभी दिशाओं में फैल कैंसर कोशिकाओं के रूप में गायब हो जाता है। औसत diffusivity के लिए इस पैरामीटर का सामान्यीकरण सामान्य ऊतक 19 में उन लोगों के लिए इसी तरह के कैंसर में एफए के उच्च मूल्यों की ओर जाता है के बाद से एफए स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए एक पर्याप्त पैरामीटर नहीं है। हालांकि, अधिक से अधिक anisotropy कैंसर का पता लगाने के लिए एक साधन (15-17 आंकड़े) को प्रदान करता है। फिर भी, संयोजी रेशेदार ऊतक भी isotropic और अधिक से अधिक anisotropy की कम मूल्यों का प्रदर्शन करने के करीब है, क्योंकि इस पैरामीटर प्रसार गुणांक λ एक से भी कम विशिष्ट है और एक माध्यमिक पैरामीटर 1 λ के रूप में कार्य करता है। चित्रा 17 भी neoadjuvant कीमोथेरेपी के जवाब चिह्नित करने के लिए डीटीआई की क्षमता को दर्शाता है। विज्ञापन के इस उदाहरण में, रोगी पूरी तरह से उपचार के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त (4 चक्रriamycin + Cycloxane – Taxol के चार चक्रों के बाद)। दरअसल, चिकित्सा के जवाब कैंसर की कोशिकाओं को बदल दिया है कि विरोहक संयोजी ऊतक की उपस्थिति सुझाव दे, सामान्य स्तन के ऊतकों को ठेठ मूल्यों के प्रसार गुणांक में उल्लेखनीय वृद्धि का कारण बना। इसी तरह के परिणाम उपचार के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त की है कि चार अन्य मरीजों में प्राप्त किया गया। चित्रा 13:। एक 63 साल की उम्र के स्वस्थ स्वयंसेवक के एक केंद्रीय स्तन टुकड़ा के पैरामीट्रिक DTI के नक्शे के उत्पादन में एक ही टुकड़ा दीर के टी 2 भारित छवि पर मढ़ा। – लाल रंग के साथ निर्देशन के मानचित्र पैर दिशाओं का संकेत सिर पीछे तक सही, हरी का संकेत पूर्वकाल के लिए छोड़ दिया और हरे रंग का संकेत है। वैक्टर सफेद लाइनों में चिह्नित कर रहे हैं कि ध्यान दें। सभी प्रसार गुणांक और अधिक से अधिक anisotropy सूचकांक एक X10 -3 2 मिमी / सेकंड की इकाइयों में कर रहे हैं। एफए इकाई से भी कम है। वेक्टर नक्शा रेफरी में पैमाने पर पट्टी20 मिमी की लंबाई और टी 2 छवि में पैमाने पर पट्टी करने के लिए नेताओं शेष सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई को दर्शाता है। चित्रा 14:। एक ही टुकड़ा दीर के टी 2 भारित छवि पर मढ़ा एक 40 साल पुराने स्तनपान कराने वाली स्वयंसेवक के एक केंद्रीय स्तन टुकड़ा के पैरामीट्रिक DTI के नक्शे के आउटपुट। – लाल रंग के साथ निर्देशन के मानचित्र पैर दिशाओं का संकेत सिर पीछे तक सही, हरी का संकेत पूर्वकाल के लिए छोड़ दिया और हरे रंग का संकेत है। सभी प्रसार गुणांक और अधिक से अधिक anisotropy सूचकांक एक X10 -3 2 मिमी / सेकंड की इकाइयों में कर रहे हैं। एफए इकाई से भी कम है। सबसे पिक्सल निपल की ओर से गठबंधन कर रहे हैं उस दिशा नक्शा और वेक्टर नक्शे में ध्यान दें। इसके अलावा आंकड़े 7 और स्वस्थ स्वयंसेवकों के 10 में मूल्यों के सापेक्ष कम प्रसार गुणांक ध्यान दें। वेक्टर मानचित्र में बड़े पैमाने बार 20 मिमी और की लंबाई को संदर्भित करता हैटी 2 छवि में पैमाने पर पट्टी शेष सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई को दर्शाता है। चित्रा 15:। एक λ एक और λ की पैरामीट्रिक नक्शे – λ तीन बहु फोकल आक्रामक ductal कार्सिनोमा के साथ एक 38 साल पुराने रोगी में 1 सेंट कच्चे में डीटीआई मापदंडों 1.7 एक्स 10 -3 2 मिमी / सेकंड की एक सीमा के साथ प्रस्तुत कर रहे हैं -λ 3 λ 1 के लिए λ एक और 0.6 मिमी 2 / सेकंड के लिए (थ्रेसहोल्ड से ऊपर के सभी मूल्यों बैंगनी रंग में रंग रहे हैं)। सीमा से ऊपर 2 एन डी कच्चे, मूल्यों में रंग और अंतर्निहित टी 2 भारित छवि दिखाने के लिए नहीं कर रहे हैं। आंकड़ा भी छोड़ दिया है एक टी 2 भारित छवि पर एक सेंट स्तंभ और डीटीआई पैरामीट्रिक नक्शे के रूप में एक ही टुकड़ा की, 3TP विधि द्वारा प्राप्त एक DCE पैरामीट्रिक नक्शा, में भी शामिल है। टी 2 छवि में बड़े पैमाने बार 20 मिमी की लंबाई को संदर्भित करता है मैंएन सभी छवियों। डी सी इ छवियों के में विमान स्थानिक संकल्प लगभग दो बार उच्च डीटीआई की तुलना में है कि ध्यान दें, तथापि, 3TP और λ एक पैरामीट्रिक नक्शे के स्थान और आकार में एक उच्च दृश्य अनुरूपता है। चित्रा 16: 1। -λ 3 कम ग्रेड DCIS के आंकड़ा भी छोड़ दिया है एक टी 2 भारित छवि और एक DCE पैरामीट्रिक के नक्शे पर एक सेंट स्तंभ में शामिल के साथ एक 60 साल पुराने रोगी में λ एक और λ की पैरामीट्रिक नक्शे, के द्वारा प्राप्त की डीटीआई पैरामीट्रिक नक्शे के रूप में एक ही टुकड़ा की 3TP विधि,। टी 2 छवि में बड़े पैमाने बार सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई को दर्शाता है। एक अत्यधिक वसायुक्त स्तन में कैंसर का पता लगाने के लिए डीटीआई की क्षमता पर ध्यान दें। चित्रा 17: 1 λ एक और λ की पैरामीट्रिक नक्शे – λ 3 से पहले और neoadjuvant कीमोथेरेपी के बाद आक्रामक lobular कार्सिनोमा के साथ एक 39 साल पुराने रोगी में रोगी Adryamicin के चार चक्रों के बाद, एक बार चिकित्सा से पहले और एक बार सर्जरी से पहले दो बार स्कैन किया गया +। Taxol की Cycloxan और चार चक्र। Λ एक में और उपचार के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त की है कि कैंसर क्षेत्रों में λ एक -λ 3 में वृद्धि पर ध्यान दें। 1 सेंट कच्चे शो छवियों चिकित्सा से पहले प्राप्त की है और 1 सेंट पंक्ति के रूप में लगभग एक ही क्षेत्र के 2 एन डी कच्चे शो छवियों, सर्जरी से पहले प्राप्त की। उपचार कैंसर क्षेत्रों 1 -λ 3 मूल्यों उनकी सीमा से नीचे λ एक और λ का प्रदर्शन किया है, और इलाज के बाद इन दो मापदंडों उनकी सीमा से ऊपर मूल्यों की वृद्धि हुई है पहले। आंकड़ा भी नहीं छोड़ा टी 2 भारित छवियों पर 1 सेंट स्तंभ में शामिल हैं; 2 एन डी स्तंभ म्यू मेंएकाधिक छवि प्रक्षेपण-एमआईपी, 2 मिनट पद विपरीत छवियों से पूर्व विपरीत छवियों को घटाकर द्वारा प्राप्त; 3 कॉलम में डी सी इ पैरामीट्रिक नक्शे 3TP विधि द्वारा प्राप्त की। टी 2 छवि में बड़े पैमाने बार सभी छवियों में 20 मिमी की लंबाई को संदर्भित करता है

Discussion

यह काम (~ 8 मिमी ^3), को मापने के लिए इन विवो दोनों स्तनों के पूरे fibroglandular ऊतक में पानी प्रसार tensor मापदंडों उच्च स्थानिक संकल्प पर तीन टी पर स्कैन डीटीआई की क्षमता को दर्शाता है। एक साथ बड़ी डीटीआई डेटासेट के इस अध्ययन सक्षम विश्लेषण के पाठ्यक्रम में विकसित और एल्गोरिदम और सॉफ्टवेयर के कलाकारों की टुकड़ी विभिन्न प्रसार गुणांक, λ _1, λ _2, λ ₃ के प्रसार पैरामीट्रिक नक्शे को देखने, एडीसी और anisotropy सूचकांकों _एक -λ λ _3, सभी स्तन स्लाइस की और एफए। यह काम भी पता लगाने और स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए विभिन्न प्रसार गुणांक और anisotropy सूचकांकों की क्षमता पर जोर दिया। निष्कर्षों को प्रधानमंत्री प्रसार गुणांक, _{एक λ,} सामान्य स्तन के ऊतकों से घातक अंतर करने के लिए पर्याप्त क्षमता के साथ, स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए प्रमुख पैरामीटर है कि संकेत दिया है। एक माध्यमिक आजादीउच्च संवेदनशीलता लेकिन _एक λ तुलना में बहुत कम विशिष्टता के साथ सेंध पैरामीटर, प्रधानमंत्री प्रसार गुणांक द्वारा पता लगाने पुष्टि करने के लिए कार्य करता है जो अधिकतम anisotropy सूचकांक है।

परिणाम यह भी vivo में दिशात्मक पानी प्रसार मापने के लिए और दोनों स्तनों में पूरे नलीपरक / ग्रंथियों प्रणाली में प्रसार की anisotropy यों के लिए एमआरआई की क्षमता का प्रदर्शन किया। अनिसोट्रोपिक माप 30 प्रसार ढाल दिशाओं का एक समान परिशुद्धता प्रोफाइल सुनिश्चित करने के लिए लागू किया गया। 120 मिसे, और स्थानिक संकल्प के अनुकूलन के उच्च गूंज समय का चयन नलिकाओं में पानी प्रसार के प्रतिबंध का पता चला। सामान्य नलिकाओं का औसत आकार 40-100 माइक्रोन ³⁶ की रेंज में 70% ~ के साथ, 90 माइक्रोन होने की सूचना मिली थी। आइंस्टीन समीकरण के अनुसार नि: शुल्क पानी प्रसार के विस्थापन डी मुफ्त पानी प्रसार गुणांक है, जहां एक्स = (6Dt) ^1/2 मतलब है, और प्रसार के लिए टीसमय। (~ 0.3 ऊपरी मान) की तुलना में स्तन में सापेक्ष कम एफए मूल्यों के लिए अग्रणी, हमारे प्रयोग में एक्स लगभग 25 माइक्रोन है, और इसलिए, नलीपरक पानी के अणुओं का एक अंश ही स्तन नलीपरक दीवारों से प्रतिबंधित कर रहे हैं पाया मूल्यों के लिए मस्तिष्क सफेद बात में (≥0.5)। सर में एस्ले कूपर, एक नलीपरक पेड़ से बना प्रत्येक मानव स्तन के ऊतकों अलग पालियों में आयोजित किया जाता है कि यह पता चला था ²⁵ अध्ययन करता है। एक स्तनपान कराने वाली स्तन ³⁷ की प्रारंभिक अल्ट्रासाउंड के अध्ययन का प्रयास किया, साथ ही साथ दूसरे क्रम आकार माप ³⁸ का उपयोग कर अनुभागीय नलीपरक संरचनाओं का पता लगाने गए थे। हालांकि, कोई इमेजिंग विधि इस प्रकार अब तक विवो में दोनों स्तनों में पूरे नलीपरक सिस्टम खुलासा सफल रहा है। डीटीआई परिणामों से पूरे 3 डी नलीपरक पेड़ प्रणाली प्राप्त करने के लिए एल्गोरिथ्म विकास के अंतर्गत अभी भी है, लेकिन वेक्टर स्पष्ट रूप से स्तन पेड़ों की विस्तृत और अत्यधिक विविध शारीरिक रचना प्रकट करने के लिए संभावित प्रदर्शन के नक्शे। हाल ही में एक मैंहमारे डीटीआई डेटासेट के आधार पर स्तन की एक पूर्ण 3 डी ट्रैकिंग के nitial प्रयास ³⁹ की सूचना मिली थी।

इस काम के पाठ्यक्रम में तकनीकी सीमाओं की वजह से अक्षम वसा दमन और महामारी विकृतियों को देखा गया है। फैट दमन घने स्तनों में आम तौर पर कुशल था जो एक मोटी संतृप्ति अनुक्रम (वसा सैट) द्वारा प्राप्त किया गया था। हालांकि, फैटी स्तनों में अधिक कुशल और बी 1 inhomogeneity के लिए कम संवेदनशील है जो स्पेक्ट्रल चुनाव में तनु उलटा रिकवरी (SPAIR), लागू किया गया था। महामारी आधारित प्रसार प्रोटोकॉल अतिरिक्त प्रेरित एड़ी धाराओं ढाल करने के कारण सीमाओं, बी ₀ क्षेत्र inhomogeneity और संवेदनशीलता मतभेद ^40,41 था। इन सीमाओं पानी और वसा संकेतों पर चलने का स्वचालित और मैन्युअल shimming का उपयोग करने और कम संभव गूंज रिक्ति का चयन करके कम से कम किया गया। प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में इसके अलावा, ज्यामितीय विकृतियों के एक पोस्ट प्रोसेसिंग सुधार कभी कभी लागू किया गया था। संपूर्ण, यह तकनीकी सीमाओं को पार करने के लिए संभव था एक मजबूत पानी संकेत के साथ घने स्तनों के मामले में; हालांकि, अत्यधिक वसायुक्त स्तनों के साथ इस अध्ययन में 5 मामलों से ऊपर सीमाओं के कारण विश्लेषण नहीं किया जा सकता है।

सारांश में, स्तन प्रसार tensor एमआरआई के लिए एक प्रोटोकॉल और छवि प्रसंस्करण उपकरण विकसित किया गया है। यह पूरी तरह से सुरक्षित, तेजी से, और noninvasive कार्यप्रणाली ठीक स्तन वास्तुकला dissects और क्लिनिक में स्तन कैंसर का पता लगाने में मदद कर सकते। प्रधानमंत्री प्रसार गुणांक, λ _1, और अधिक से अधिक anisotropy सूचकांक, λ _एक -λ _3, कैंसर का पता लगाने के लिए दो स्वतंत्र प्रसार मानकों के रूप में सेवा करने के लिए पाए गए। स्तन कैंसर के रोगियों के नैदानिक अध्ययन इन दो मापदंडों के साथ दक्षता का पता लगाने डी सी इ एमआरआई के बराबर है कि पता चला है। इस प्रकार, बुनियादी स्तन वास्तुकला की और कैंसर के विकास की समझ और खुलासा पर अपनी निर्भरता से इस विधि के उभरतेमात्रात्मक महत्वपूर्ण परिवर्तन है, साथ ही इसकी एक सुरक्षित और तेजी से विधि जा रहा है यह, और बड़े पैमाने पर संभावित परीक्षणों में स्तन कैंसर की जांच के लिए अपने नैदानिक प्रभाव के परीक्षण के लिए नलीपरक प्रसार से जुड़े विभिन्न विकासात्मक पहलुओं की जांच के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बनाते हैं।

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We would like to thank Mr. Nachum Stern and Ms. Fanny Attar for their excellent technical assistance. H.D. holds the Fred and Andrea Fallek Chair for Breast Cancer Research.

Materials

Material/Equipment	Company/ Catalog No.	Comments/ Description
Magnetol-Gadopentetatedimeglumine	Soreq, Yavne, Israel	0.5M

3 Tesla MRI scanner, MAGNETON Trio	Siemens, Erlangn, Germany	120

Bilateral breast array coil	Siemens, Erlangn, Germany	4-channel
Bilateral breast array coil	In-Vivo, Orlando FA	7.channel
Automated pump, Spectris Solaris MR Injector	Medrad, Indianola , PA

DTI Image processing software	Home-built	Property of Yeda Research and Development Co. Ltd http://www.yedarnd.com/ContactUs.asp


3TP Image processing software	Home-built	Property of Yeda Research and Development Co. Ltd http://www.yedarnd.com/ContactUs.asp

References

Turnbull, L. W. Dynamic contrast-enhanced MRI in the diagnosis and management of breast cancer. NMR Biomed. 22 (1), 28-39 (2009).
Sardanelli, F., et al. Magnetic resonance imaging of the breast: recommendations from the EUSOMA working group. Eur J Cancer. 46 (8), 1296-1316 (2010).
Lehman, C. D., et al. Accuracy and interpretation time of computer-aided detection among novice and experienced breast MRI readers. AJR Am J Roentgenol. 200 (6), 683-689 (2013).
Riedl, C. C., et al. Magnetic resonance imaging of the breast improves detection of invasive cancer, preinvasive cancer, and premalignant lesions during surveillance of women at high risk for breast cancer. Clin Cancer Res. 13 (20), 6144-6152 (2007).
Heywang-Köbrunner, S. H., Hacker, A., Sedlacek, S. Magnetic resonance imaging: the evolution of breast imaging. Breast. 22 (2), 77-82 (2013).
Peters, N. H., et al. Meta-analysis of MR imaging in the diagnosis of breast lesions. Radiology. 246 (1), 116-124 (2008).
Warner, E., et al. Systematic review: using magnetic resonance imaging to screen women at high risk for breast cancer. Ann Intern Med. 148 (9), 671-679 (2008).
Benndorf, M., et al. Breast MRI as an adjunct to mammography: Does it really suffer from low specificity? A retrospective analysis stratified by mammographic BI-RADS classes. Acta Radiol. 51 (7), 715-721 (2010).
Thomassin-Naggara, I., De Bazelaire, C., Chopier, J., Bazot, M., Marsault, C. Trop I Diffusion-weighted MR imaging of the breast: advantages and pitfalls. Eur J Radiol. 82 (3), 435-443 (2013).
Bogner, W., et al. Diffusion-weighted MR for differentiation of breast lesions at 3.0 T: how does selection of diffusion protocols affect diagnosis. Radiology. 253 (2), 341-351 (2009).
Partridge, S. C., et al. Diffusion tensor imaging of the breast: preliminary clinical findings [abstr]. Proceedings of the Fourteenth Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. , (2006).
Partridge, S. C., et al. Diffusion tensor MRI: preliminary anisotropy measures and mapping of breast tumors. J Magn Reson Imaging. 31 (2), 339-347 (2010).
Partridge, S. C., et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging of the normal breast. Magn Reson Imaging. 28 (3), 320-328 (2010).
Baltzer, P. A., et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging of the breast: a pilot study. Eur Radiol. 21 (1), 1-10 (2011).
Wang, Y., et al. Optimization of the parameters for diffusion tensor magnetic resonance imaging data acquisition for breast fiber tractography at 1.5. T. Clin Breast Cancer. 14 (1), 61-67 (2014).
Eyal, E., Degani, H. Method and apparatus for ductal tube tracking imaging for breast cancer and diagnosis and product. US Patent. , (2008).
Eyal, E., et al. Novel MRI method for breast cancer detection based on diffusion tensor tracking of the ductal trees [abstr]. , 362 (2010).
Furman-Haran, E., et al. Breast cancer detection and diagnosis based on diffusion tensor imaging [abstr]. , 515 (2011).
Eyal, E., et al. Parametric diffusion tensor imaging of the breast. Invest Radiol. 47 (5), 284-291 (2012).
Tagliafico, A., et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging of the normal breast: reproducibility of DTI-derived fractional anisotropy and apparent diffusion coefficient at 3.0 T. Radiol Med. 117 (6), 992-1003 (2012).
Cakir, O., et al. Comparison of the diagnostic performances of diffusion parameters in diffusion weighted imaging and diffusion tensor imaging of breast lesions.Eur. J Radiol. 82 (12), e801-e806 (2013).
Tsougos, I., et al. The contribution of diffusion tensor imaging and magnetic resonance spectroscopy for the differentiation of breast lesions at 3T. Acta Radiol. 55 (1), 14-23 (2014).
Wiederer, P. a. z. a. h. r. S., Leo, C., Nanz, D., Boss, A. Quantitative breast MRI: 2D histogram analysis of diffusion tensor parameters in normal tissue. Magn Reson Mater Phy. 27, 185-193 (2014).
Nissan, N., Furman-Haran, E., Shapiro-Feinberg, M., Grobgeld, D., Degani, H. Diffusion-tensor MR imaging of the breast: hormonal regulation. Radiology. 271 (3), 672-680 (2014).
Cooper, A. P. . On the Anatomy of the breast. , (1840).
Ohtake, T., et al. Computer-assisted complete three-dimensional reconstruction of the mammary ductal/lobular systems: implications of ductal anastomoses for breast-conserving surgery). Cancer. 91 (12), 2263-2272 (2001).
Going, J. J., Moffat, D. F. Escaping from Flatland: clinical and biological aspects of human mammary duct anatomy in three dimensions. J Pathol. 203 (1), 538-544 (2004).
Hancu, I., Govenkar, A., Lenkinski, R. E., Lee, S. K. On shimming approaches in 3T breast MRI. Magn Reson Med. 69 (3), 862-867 (2013).
Basser, P. J., Jones, D. K. Diffusion-tensor MRI: theory, experimental design and data analysis – a technical review. NMR Biomed. 15 (7-8), 465-467 (2002).
Reese, T. G., Heid, O., Weisskoff, R. M., Wedeen, V. J. Reduction of eddy-current-induced distortion in diffusion MRI using a twice-refocused spin echo. Magn Reson Med. 49 (1), 1771-1782 (2003).
Jezzard, P., Balaban, R. Correction for geometric distortion in echo planar images from B0 field variations. Magn Reson Med. 34 (1), 65-73 (1995).
Kelcz, F., Furman-Haran, E., Grobgeld, D., Degani, H. Clinical testing of high-spatial resolution parametric contrast-enhanced MR imaging of the breast. AJR Am J Roentgenol. 179 (6), 1485-1492 (2002).
Le Bihan, D., et al. Diffusion tensor imaging: concepts and applications. J Magn Reson Imaging. 13 (4), 534-546 (2001).
Marquardt, D. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameter. SIAM Journal on Applied Mathematics. 11 (2), 431-441 (1963).
Jolliffe, I. T. Principal Component Analysis: A Beginner’s Guide — I. Introduction and application. Weather. 45 (10), 375-382 (1990).
Mayr, N. A., Staples, J. J., Robinson, R. A., Vanmetre, J. E., Hussey, D. H. Morphometric studies in intraductal breast carcinoma using computerized image analysis. Cancer. 67 (11), 2805-2812 (1991).
Ramsay, D. T., Kent, J. C., Hartmann, R. A., Hartmann, P. E. Anatomy of the lactating human breast redefined with ultrasound imaging. J Anat. 206 (6), 525-534 (2005).
Gooding, M. J., Mellor, M., Shipley, J. A., Broadbent, K. A., Goddard, D. A. Automatic mammary duct detection in 3D ultrasound. Med Image Comput Comput Assist Interv. 8 (1), 434-441 (2005).
Reisert, M. M., Eyal, E., Grobgeld, D., Degani, H., Hennig, J. Diffusion tensor based reconstruction of the ductal tree [abstr]. , 3649 (2011).
Jezzard, P., Clare, S. Sources of distortion in functional MRI data. Hum Brain Mapp. 8 (2-3), 80-85 (1999).
Jones, D. K., Cercignani, M. Twenty-five pitfalls in the analysis of diffusion MRI data. NMR Biomed. 23 (7), 803-820 (2010).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Nissan, N., Furman-Haran, E., Feinberg-Shapiro, M., Grobgeld, D., Eyal, E., Zehavi, T., Degani, H. Tracking the Mammary Architectural Features and Detecting Breast Cancer with Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging. J. Vis. Exp. (94), e52048, doi:10.3791/52048 (2014).