Zielsetzung: Die Anwendung der Registrierung zur Minimierung von Bewegungsartefakten kann die Bildqualität bei der dynamischen Bildgebung verbessern. Frühere Studien zeigten eine vielversprechende Bewegungsreduktion in der dynamischen Mamma-MRT durch vierdimensionale Registrierungsverfahren auf Grundlage der Hauptkomponentenanalyse. Ziel dieser Studie war, deren klinische Anwendbarkeit anhand subjektiver und objektiver Parameter zu überprüfen und Erkenntnisse aus visuellen und objektiven Registrierungseffekten abzuleiten. Methodik: Bei 154 Patientinnen mit Brustkrebs oder prämalignen Läsionen wurde eine quantitative und qualitative Bewegungsauswertung der dynamischen, kontrastverstärkten Mamma-MRT durchgeführt. Dynamische T1-gewichtete Sequenzen wurden zu 5 Zeitpunkten nach Kontrastmittelapplikation, ohne Fettsättigung, mit Bildsubtraktion, jeweils vor und nach Anwendung eines perfusionsbasierten, vierdimensionalen Registrierungsverfahrens untersucht. Eine qualitative Bewegungsbeurteilung erfolgte anhand einer numerischen Bewertungsskala (NBS) von 0-10 und einer Einteilung in vier Bewegungskategorien. Zur quantitativen Bewertung wurden die Perfusionsparameter anhand des erweiterten Tofts-Modells berechnet, wobei die voxelweisen Residualwerte als quantitative Parameter der Registrierungsqualität dienten. Ergebnisse: In der qualitativen Bewegungsevaluation lag der Ausgangs-NBS-Wert im Median bei 3 (Interquartilsabstand, IQA 3,0). Es wurde ein signifikanter Registrierungseffekt von -2 erreicht (IQA 3,0; p < 0,001). Sechs Fälle wurden Bewegungskategorie 3 mit stärkster visueller Beeinträchtigung der Bildqualität zugeordnet. Für diese Fälle wurde ein Registrierungseffekt von -7 nach NBS (IQA 2,250; p < 0,001) erzielt, weshalb nach Registrierung eine Zuordnung in Bewegungskategorie 1 erfolgte. In der quantitativen Bewegungsevaluation konnte durch Registrierung an Lokalisationen der 50. Perzentile eine mediane Störgrößenreduktion von -0,002 (IQA 0,005; p < 0,001) gezeigt werden. An Lokalisationen der 80. Perzentile wurde eine mediane Reduktion von -0,004 erzielt (IQA 0,013; p < 0,001). Die Registrierung wirkte sich für Regionen mittleren Bewegungsausmaßes am verlässlichsten aus. Zwischen dem subjektiven Registrierungseffekt und der Störgrößenreduktion lag bei der 80. Störgrößenperzentile eine signifikante Korrelation vor (Spearman’s ρ = 0,374; p < 0,001). Für axilläre Lymphknoten wurde keine signifikante Reduktion der Residualwerte nachgewiesen (p = 0,237 für die 50. Störgrößenperzentile). Schlussfolgerung: Ein perfusionsbasiertes, vierdimensionales Registrierungsverfahren hat das Potential, in der Mamma-MRT bei moderatem und hohem Bewegungsausmaß eine Steigerung der Bildqualität zu erwirken, damit Artefakte zu reduzieren und die Identifikation und Beurteilung (prä-)maligner Mammaläsionen zu verbessern. Entscheidend für die visuelle Bewertung der bewegungsbedingten Bildqualität könnte die Bewegungsintensität im Bereich der 80. Störgrößenperzentile sein.
Objective: Image registration has potential to minimize motion artifacts, thereby improving image quality, especially in dynamic, contrast-enhanced imaging. Previous studies have shown promising results in motion reduction in dynamic breast magnetic resonance imaging (MRI) using four-dimensional registration techniques based on principal component analysis. The aim of this study was to verify its clinical applicability and to investigate subjective and objective effects on image quality. Methods: A quantitative and qualitative motion evaluation of dynamic contrast-enhanced breast MRI was performed in a study population of 154 patients with breast cancer or pre-malignant lesions. We performed image subtraction before and after application of a perfusion-based, four-dimensional registration method implemented by the study group. Motion was evaluated qualitatively using a numerical rating scale (NRS) from 0-10 and classified into four motion categories. For quantitative evaluation, perfusion parameters were calculated using the extended Tofts model. Voxel-wise residual values from the modeling procedures were used as quantitative surrogate for registration quality, and residual percentiles were evaluated by motion intensity. Results: In qualitative motion evaluation, median baseline NRS score was 3 (interquartile range, IQA = 3.0). Registration yielded a significant registration effect of -2 (IQA = 3.0; p ≤ 0.05). Six cases were assigned to motion category 3 with severest visual impairment of image quality due to motion. For these cases, a registration effect of -7 (IQA = 2.25; p < 0.001) was obtained, which, after registration, lead to assignment into motion category 1 for all of these cases. In quantitative motion evaluation, registration at the 50th percentile demonstrated a median residual reduction of -0.002 (IQA = 0.005; p < 0.001). At the 80th percentile, a median residual reduction of -0.004 was obtained by registration (IQA = 0.013; p < 0.001). Reliability of the registration effect varied depending on the severity of the extent of motion: registration was most reliable in cases with moderate motion. No significant reduction in residuals was demonstrated for lymph nodes (p = 0.237 for the 50th percentile). There was a significant correlation between subjective registration effect and residual reduction at the 80th percentile (Spearman's ρ = 0.374; p < 0.001). Conclusion: The application of a perfusion-based, four-dimensional registration method in dynamic contrast-enhanced breast MRI has the potential to increase image quality, especially in presence of moderate and high motion. Through the reduction of motion artifacts, identification and assessment of breast cancer or pre-malignant lesions might be improved. Motion artifacts reduction at 80th percentile of residuals could be decisive for the visual evaluation of motion-affected image quality.
