骨の全身拡散MRIにおけるB0不均一性による歪みの修正

筋骨格系の拡散加重磁気共鳴画像（DWI）には、骨腫瘍の視覚化を含むさまざまな用途があります。ただし、エコープラナーイメージングで取得したDWIは、静的な磁場の不均一性のために歪みの影響を受けやすくなります。この研究の目的は、骨の空間変位を推定し、歪みを修正したDWI画像をより正確に根本的な解剖学を反映しているかどうかを調べることを目的としています。127人の前立腺がん患者からの全身MRIデータが分析されました。逆極性勾配（RPG）技術をDWIデータに適用して、ボクセルレベルの歪みを推定し、歪み補正DWIデータセットを生成しました。第一に、解剖学的ランドマーク分析が行われました。この分析では、DWIおよび解剖学的T2強調画像の対応する椎骨ランドマークに注釈が付けられました。歪み補正後のDWI-とT2定義のランドマーク間の距離の変化（つまり、誤差の変化）を計算しました。二次分析では、RPGからの歪み推定値を使用して、骨転移の空間変位を評価しました。最後に、歪み補正後の骨転移のDWIとT2強調画像間の相互情報の変化が計算されました。歪み補正は、椎骨DWIの解剖学的誤差を最大29 mmに減らしました。エラー削減は被験者間で一貫していた（ウィルコクソン署名ランクP <10-20）。平均して（±SD）、参加者の最大のエラー削減は11.8 mm（±3.6）でした。骨病変の平均（95％CI）変位は6.0 mm（95％CI 5.0-7.2）でした。最大変位は17.1 mmでした。補正された拡散画像は、相互情報の一貫した増加によって証明されるように、構造MRIにより類似していた（Wilcoxon署名ランクP <10-12）。これらの発見は、DWI上の骨の局在化を改善するための歪み補正技術の使用をサポートしています。

Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the musculoskeletal system has various applications, including visualization of bone tumors. However, DWI acquired with echo-planar imaging is susceptible to distortions due to static magnetic field inhomogeneities. This study aimed to estimate spatial displacements of bone and to examine whether distortion corrected DWI images more accurately reflect underlying anatomy. Whole-body MRI data from 127 prostate cancer patients were analyzed. The reverse polarity gradient (RPG) technique was applied to DWI data to estimate voxel-level distortions and to produce a distortion corrected DWI dataset. First, an anatomic landmark analysis was conducted, in which corresponding vertebral landmarks on DWI and anatomic T2-weighted images were annotated. Changes in distance between DWI- and T2-defined landmarks (i.e., changes in error) after distortion correction were calculated. In secondary analyses, distortion estimates from RPG were used to assess spatial displacements of bone metastases. Lastly, changes in mutual information between DWI and T2-weighted images of bone metastases after distortion correction were calculated. Distortion correction reduced anatomic error of vertebral DWI up to 29 mm. Error reductions were consistent across subjects (Wilcoxon signed-rank p < 10-20). On average (± SD), participants' largest error reduction was 11.8 mm (± 3.6). Mean (95% CI) displacement of bone lesions was 6.0 mm (95% CI 5.0-7.2); maximum displacement was 17.1 mm. Corrected diffusion images were more similar to structural MRI, as evidenced by consistent increases in mutual information (Wilcoxon signed-rank p < 10-12). These findings support the use of distortion correction techniques to improve localization of bone on DWI.