Introduction: The revised World Health Organization (WHO) classification for tumors of the central nervous system, presented in 2016, included the molecular subtype of gliomas for the first time as this has a major influence on patient prognosis and response to therapy. It has been observed in several studies that some mutations, such as isocitrate dehydrogenase (IDH), may be capable of causing imaging alterations on magnetic resonance imaging (MRI). The aim of this study was to investigate quantitative T2 mapping in relation to the mutational status of gliomas. Methods: MRI examinations in 52 patients with WHO grade II-IV glioma as demonstrated by histopathology were included in a retrospective evaluation. Accurately defined region of interest (ROI) analyses of quantitative T2-mapping sequences were performed in the tumor, the peritumoral zone, as well as in any surrounding areas of edema. T2 relaxation times and their range were measured pixel-by-pixel. Further parameters were also investigated, such as the patient age, tumor localization, contrast enhancement, necrosis, tumor size and edema size. Statistical methods such as the Mann-Whitney-U test, multivariate receiver-operating characteristics (ROC) analyses and a specially-developed fit-model of a second-degree polynomial function, were applied to generate diagnostically conclusive results. Results: Overall, IDH-mutated gliomas had a significantly higher signal intensity, meaning longer T2 relaxation times and higher T2 value ranges in T2 mapping sequences. Younger age and fronto-parieto-temporal localization was also associated with the IDH mutation. ROC analyses of the parameters age, localization, T2 relaxation time and range produced an area under the curve (AUC) of 0.955 with expressively high accuracy and sensitivity. T2 values and their ranges yielded the highest single score correlation coefficients. The fit-model revealed a significantly higher model parameter in IDH-wildtype gliomas as well as in glioblastomas. Mutations of tumor-suppressor protein 53 (TP53) and alpha-thalassemia X-linked mental retardation syndrome gene (ATRX) are strongly associated with the IDH mutation. High interobserver concordances were obtained. Conclusion: First-time quantitative evaluation of T2 mapping sequences revealed significant differences in signal intensity with respect to the mutational status of glioma. Reinforcement of previously described IDH-associated parameters, such as age and tumor localization, could also be achieved. As clinical applicability is essential, and all further descriptions of mutation-associated qualitative or quantitative MRI techniques were invariably equal to or inferior to T2 mapping, we could convincingly demonstrate the future importance of this technique. This study provides a basis for the implementation of T2 mapping sequences in the field of neuroradiology.
Einleitung: Im Jahr 2016 integrierte die World Health Organization (WHO) erstmalig den molekularen Subtyp von Gliomen in die Klassifikation für Tumoren des zentralen Nervensystems. Dieser hat einen großen Einfluss auf die Prognose und das Therapieansprechen der Patienten. Wie in zahlreichen Studien beschrieben, können Mutationen wie zum Beispiel die der Isozitrat-Dehydrogenase (IDH) in der Magnetresonanztomographie (MRT) zu bildmorphologischen Veränderungen führen. Ziel dieser Arbeit ist es, quantitative T2 mapping Sequenzen bezüglich des Mutationsstatus von Gliomen zu untersuchen. Methoden: Es wurden 52 MRT-Untersuchungen von Patienten mit histopathologisch nachgewiesenem WHO-Grad II-IV Gliom retrospektiv ausgewertet. Unter Verwendung von quantitativen T2 mapping Sequenzen wurden genau definierte „regions of interests“ (ROIs) analysiert, welche im Tumor und in der peritumoralen Zone beziehungsweise im umgebenden Ödem platziert wurden. Die Messungen wurden von zwei unabhängigen Untersuchern durchgeführt. Die T2 Relaxationszeiten wurden pixelweise gemessen und ausgewertet. Weitere Parameter wie Patientenalter, Tumorlokalisation, Kontrastmittelanreicherung, Nekrose, Tumor- und Ödemgröße wurden ebenfalls untersucht. Statistische Methoden, wie beispielsweise der Mann-Whitney-U-Test, Analysen der multivariaten „receiver-operation characteristics“ (ROC) und ein speziell entwickeltes Fit-Modell mit einer Polynomfunktion zweiten Grades, wurden angewendet, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Ergebnisse: Insgesamt zeigten IDH-mutierte Gliome eine signifikant höhere Signalintensität in T2 mapping Sequenzen, was längere T2 Relaxationszeiten und breitere Streuung der T2 Werte bedeutet. Ein jüngeres Erkrankungsalter und eine fronto-parieto-temporale Tumorlokalisation zeigten sich ebenfalls mit der IDH Mutation assoziiert. ROC-Analysen der Parameter Alter, Lokalisation, T2 Relaxationszeit und T2 Wertebereich ergaben eine „area under the curve“ (AUC) von 0,955, sowie eine hohe Testgenauigkeit und Sensitivität. Die T2 Werte und ihr Wertebereich ergaben die höchsten Korrelationskoeffizienten in den Einzelbewertungen. Das Fit-Modell zeigte einen signifikant höheren Modellparameter bei IDH-Wildtyp Gliomen. Mutationen des Tumorsuppressorproteins 53 (TP53) und des Alpha-Thalassämie assoziierten X-chromosomalen Gens (ATRX) waren stark mit der IDH-Mutation assoziiert. Es wurden sehr hohe Übereinstimmungen zwischen den Untersuchern erzielt. Diskussion und Schlussfolgerung: Diese Arbeit zur quantitativen Untersuchung von Gliomen in T2 mapping Sequenzen ergab signifikante Unterschiede der Signalintensität hinsichtlich des Mutationsstatus. Bereits zuvor beschriebene IDH-assoziierte Parameter wie Alter und Tumorlokalisation zeigten auch in dieser Studie signifikante Ergebnisse. Darüber hinaus waren alle bisher beschriebenen mutationsassoziierten qualitativen oder quantitativen MR-Techniken dem T2 mapping gleichauf oder unterlegen, womit wir die zukünftige Bedeutung dieser Sequenz überzeugend aufzeigen können. Die einfache klinische Anwendung von T2 mapping ist hervorzuheben. Diese Forschungsarbeit liefert eine Grundlage für die Implementierung von T2 mapping Sequenzen im Bereich der Neuroradiologie.
