Small Field-of-view single-shot EPI-DWI of the prostate: Evaluation of spatially-tailored two-dimensional radiofrequency excitation pulses

PurposeSpatially-tailored (RF) excitation pulses in echo-planar imaging (EPI), combined with a decreased FOV in the phase-encoding direction, enable a reduction of k-space acquisition lines, which shortens the echo train length (ETL) and reduces susceptibility artifacts. The purpose of this study was to evaluate the image quality of a zoomed EPI (z-EPI) sequence in diffusion-weighted imaging (DWI) of the prostate in comparison to a conventional single-shot EPI using single-channel (c-EPI1) and multi-channel (c-EPI2) RF excitation, with and without use of an endorectal coil.Materials and Methods33 consecutive patients (mean age: 61 +/- 9 years; mean PSA: 8.67 ± 6.23 ng/ml) with examinations between 10/2012 and 02/2014 were analyzed in this retrospective study. In 26 of 33 patients the initial multiparametric (mp)-MRI was performed on a whole-body 3T scanner (Magnetom Trio, Siemens, Erlangen, Germany) using an endorectal coil (c (conventional)-EPI1). Zoomed-EPI (Z-EPI) examinations of these patients and a complete mp-MRI protocol including c-EPI2 of 7 additional patients were carried out on another 3T wb MR scanner with two-channel dynamic parallel transmit capability (Magnetom Skyra with TimTX TrueShape, Siemens). For z-EPI, the one-dimensional spatially selective RF excitation pulse was replaced by a two-dimensional RF pulse. Degree of image blur and susceptibility artifacts (0=not present to 3= non-diagnostic), maximum image distortion (mm), apparent diffusion coefficient (ADC) values, as well as overall scan preference were evaluated. SNR maps were generated to compare c-EPI2 and z-EPI.ResultsOverall image quality of z-EPI was preferred by both readers in all examinations with a single exception. Susceptibility artifacts were rated significantly lower on z-EPI compared to both other methods (z-EPI vs c-EPI1: p<0.01; z-EPI vs c-EPI2: p<0.01) as well as image blur (z-EPI vs c-EPI1: p<0.01; z-EPI vs c-EPI2: p<0.01). Image distortion was not statistically significantly reduced with z-EPI (z-EPI vs c-EPI1: p=0.12; z-EPI vs c-EPI2: p=0.42). Interobserver agreement for ratings of susceptibility artifacts, image blur and overall scan preference was good. SNR was higher for z-EPI than for c-EPI1 (n=1).ConclusionZ-EPI leads to significant improvements in image quality and artifacts as well as image blur reduction improving prostate DWI and enabling accurate fusion with conventional sequences. The improved fusion could lead to advantages in the field of MRI-guided biopsy suspicous lesions and performance of locally ablative procedures for prostate cancer.

ZusammenfassungZieleRäumlich zugeschnittene Hochfrequenz (HF)- Anregungsimpulse im Rahmen der Echo-Planar-Bildgebung (EPI), kombiniert mit einem verringerten FOV in Phasenkodierrichtung, ermöglichen eine Reduktion der k-Raum-Akquisitionslinien, wodurch die Echozuglänge (ETL) verkürzt wird und Suszeptibilitätsartefakte verringert werden. Das Ziel dieser Studie war der Vergleich der Bildqualität einer gezoomten EPI (z-EPI)-DWI-Sequenz der Prostata mit einer herkömmlichen Single-Shot-EPI mit Einzel-Kanal (c-EPI1) und Multi-Kanal (c-EPI2) HF-Anregung mit und ohne Endorektalspule.Methoden33 zwischen 10/2012 und 02/2014 untersuchte Patienten (Durchschnittsalter: 61 +/- 9 Jahre, Durchschnitts-PSA: 8,67 ± 6,23 ng/ml) wurden in die retrospektive Analyse eingeschlossen. Bei 26 von 33 Patienten wurde die erste multiparametrische (mp)-MRT mit einem Ganzkörper-3T-Scanner (Magnetom Trio, Siemens, Erlangen, Deutschland) unter Verwendung einer Endorektalspule (c (konventionell)-EPI1) durchgeführt. Die gezoomten (Z)-EPI-Untersuchungen dieser Patienten und ein komplettes mp-MRT-Protokoll, einschließlich einer zweiten EPI (c-EPI2), von 7 weiteren Patienten wurden auf einem anderen 3T-MR-Scanner mit Zwei-Kanal paralleler dynamischer Anregungsfähigkeit (Magnetom Skyra mit TimTX Trueshape, Siemens) durchgeführt. Für z-EPI wurden die eindimensionalen, räumlich selektiven HF-Anregungsimpulse durch einen zweidimensionalen HF-Puls ersetzt. Der Unschärfegrad sowie Suszeptibilitätsartefakte (0 = nicht vorhanden bis 3 = nicht diagnostisch), die maximale Bildverzerrung (mm), die apparenten Diffusionskoeffizienten (ADC), sowie die Scan-Präferenz wurden ausgewertet. Zusätzliche SNR-Karten wurden erstellt, um c-EPI2 und z-EPI objektiv zu vergleichen.ErgebnisseMit einer einzigen Ausnahme wurde die Bildqualität der z-EPI von beiden Auswertern bevorzugt. Suszeptibilitätsartefakte (z-EPI vs c-EPI1: p<0.01; z-EPI vs c-EPI2: p<0.001) und Bildunschärfe (z-EPI vs c-EPI1: p<0.01; z-EPI vs c-EPI2: p<0.01) der z-EPI waren im Vergleich zu den beiden anderen Methoden deutlich schwächer ausgeprägt. Die Bildverzerrung der z-EPI war statistisch nicht signifikant reduziert (z-EPI vs c-EPI1: p = 0,12; z-EPI vs c-EPI2: p = 0,42). Die Auswerterübereinstimmung bei der Bewertung von Suszeptibilitätsartefakten, Bildunschärfe und Untersuchungspräferenz war gut. Das SNR der z-EPI war höher als das der c-EPI1 (n = 1).SchlussfolgerungenZ-EPI führt zu signifikanten Verbesserungen der Bildqualität mit Reduktion von Artefakten sowie Bildunschärfen und ermöglicht so eine exakte Fusion mit morphologischen Sequenzen. Die verbesserte Fusion könnte zu Vorteilen bei der MRT-gesteuerten Biopsie von suspekten Läsionen und der Durchführung lokal ablativer Verfahren bei Prostatakarzinomen führen.