Quantitative characterization and identification of lymph nodes and nasopharingeal carcinoma by coregistered MR images

In nasopharyngeal carcinoma (NPC), CT-PET examinations are currently used to identify and locate the carcinoma and the involved pathological lymph nodes. MRI is needed to evaluate the soft tissues of carcinoma and surrounding mucosa, while Diffusion Weighted MRI have been introduced to evaluate the water diffusion, related to pathological tissues. This study developed a technique to improve the identification of carcinoma and pathological lymph nodes in cases of NPC, giving a quantitative characterization of the tissues, based on the same MR set of images evaluated by the radiologist. The technique is semi-automated, and, once the template tissue is given, it emulates the radiologist decision making, defining a 3D tissue characterization map. In this study were examined 15 patient affected by NPC. Each MR session was represented by an anatomical T1-Gd, an axial T1 TSE, an axial T2 TSE and DW images for b-values 0,300,500,700,1000. The DICOM images were reassembled spatially and resampled, with isotropic 0.5mm resolution. Coregistration was performed by two multiresolution rigid transformations, merging head and neck volumes, and a multiresolution non rigid transformation, all using T1-Gd as template. We obtained 8 fused volumes for each examination session. We used diagnosis volumes for each patient, to locate two ROIs. The tissues from main carcinoma and active lymph nodes were selected with the aid of the radiologist. Starting from the histograms of ROIs, we generated a couple of 8-dimensional membership functions to perform a fuzzy-like clustering of the matching tissues. The result of this procedure was the generation of two identification maps, which showed a complementary characterization of tissues, and thus we suggested to evaluate them together superimposed to the anatomical image. The map, compared with PET, showed a coherent information content. Lymph nodes found with PET (larger than 5mm) are also retrieved with this technique. Thank to the higher resolution of the map, many more smaller lymph nodes are detectable and also we can distinguish adjacent lymph nodes. The main lesion is also identified and its boundaries are usually clearly defined.

Nei casi di carcinoma della rinofaringe (NPC), per identificare il carcinoma ed i linfonodi patologici coinvolti vengono utilizzati gli esami CT-PET. Si utilizza anche un'indagine MR per valutare adeguatamente i tessuti molli, mentre la Diffusion Weighted MRI è stata introdotta per misurare la diffusività dell'acqua, la cui variazione è correlata ai tessuti patologici. In questo studio abbiamo sviluppato un metodo per migliorare l'identificazione del carcinoma e dei linfonodi nei casi di NPC, dando una caratterizzazione quantitativa dei tessuti, basata sullo stesso set di immagini MR valutate dal radiologo. Dato un campione di tessuto, questa tecnica semiautomatica emula il riconoscimento effettuato dal medico, definendo una mappa 3D di caratterizzazione dei tessuti. Sono stati esaminati 15 pazienti affetti da NPC. Ciascuna sessione MR era composta da T1-Gd anatomica, T1 TSE, T2 TSE e immagini DW per i b-values 0,300,500,700,1000. Le immagini DICOM sono state ricollocate spazialmente e ricampionate con una risoluzione isotropica di 0.5mm. La coregistrazione è stata implementata, usando il volume T1-Gd come riferimento, tramite due trasformazioni rigide multirisoluzione, l'unione dei volumi testa e collo, e una trasformazione non rigida multirisoluzione. Per ogni sessione si sono ottenuti 8 volumi coregistrati. Abbiamo utilizzato i volumi alla diagnosi per localizzare due ROI. Sono stati selezionati, con l'aiuto del radiologo, il carcinoma e dei linfonodi attivi. Partendo dagli istogrammi delle ROI abbiamo ricavato due funzioni di appartenenza 8-dimensionali, per applicare ai tessuti una clusterizzazione di tipo fuzzy. Il risultato è stata la creazione di due mappe di identificazione, che, mostrando caratterizzazioni complementari dei tessuti, sono state valutate insieme, sovrapposte all'immagine anatomica. La mappa, se confrontata con la PET, ha mostra informazioni coerenti. I linfonodi presenti in PET (sopra i 5mm) sono visibili anche con questo metodo. Grazie alla risoluzione maggiore, esso mostra molti linfonodi più piccoli e permette anche di distinguere linfonodi adiacenti. La lesione principale è anch'essa identificata ed i suoi bordi sono ben delineati.