Published 2010 | Version v1
Miscellaneous

Influence of sequence protocol variations on MR image texture at 3.0 Tesla : implications for texture-based pattern classification in a clinical setting

Description

The purpose of our study project was to (1) investigate the sensitivity of quantitative texture features of different categories to clinically feasible variations of NA (number of acquisitions), TR (repetition time), TE (echo time), and SBW (sampling bandwidth), and the dependence of such sensitivity on the spatial resolution; (2) determine whether MR image interpolation at the pixel or k-space level can enhance textural differences between tissues with physically different patterns; and (3) assess the feasibility of texture analysis for classification of liver cysts and hemangiomas on routine, non-enhanced T1- and T2-weighted MR images, respectively, at 3.0 Tesla. To determine the sensitivities of texture features, as well as the effects of MR image interpolation, we used PSAG (polystyrene spheres and agar gel) phantoms with different sphere sizes, ranging from 0.8 to 3.15 mm, as test objects, and a micro-imaging gradient insert for acquisition of high-resolution, T2-weighted MSME sequences. The results of these experiments clearly show that, although texture features of all categories are increasingly sensitive to acquisition parameter variations with increasing spatial resolution, variations of NA, TR, TE, and SBW have little effect on the results of pattern discrimination, as long as the resolution is sufficiently high. Co-occurrence matrix features are particularly useful for pattern discrimination if datasets are heterogeneous with regard to different acquisition parameters, including spatial resolution. MR image interpolation can improve the results of pattern classification, at least based on texture features derived from the co-occurrence matrix, run-length matrix, or absolute gradient. Unless spatial resolution is very poor, zero-filling is the interpolation technique of choice. For this reason, zero-fill interpolation was used to enhance texture-based pattern classification of liver cysts and hemangiomas using routine, zero-fill interpolated MR images. Our preliminary study results suggest that, using these resolution-enhanced images, texture-based pattern classification of liver cysts and hemangiomas is feasible. Thus, further studies are warranted to investigate the value of texture-based classification of other liver tumors, such as hepatocellular and cholangiocellular carcinoma, or metastases, on MRI. (author)

Availability note (English)

Available from Library of the Medical University of Vienna, Waehringer Guertel 18-20, Postfach 100, 1097 Vienna (AT); Available from http://media.obvsg.at/p-AC07807678-2001

Abstract (German)

Ziel des Studienprojektes war es, (1) die Sensitivitaet quantitativer Texturcharakteristika unterschiedlicher Kategorien gegenueber klinisch relevanten aenderungen der MR Sequenzparameter NA (Anzahl der Akquisitionen), TR (Repetitionszeit), TE (Echozeit) und SBW (Signalabtastungsfrequenz) bei unterschiedlicher raeumlicher Aufloesung zu bestimmen, (2) zu untersuchen, ob eine Interpolation von MR-Bildern auf Pixel- oder k-Raum-Basis Texturunterschiede zwischen morphologisch unterschiedlichen Geweben verstaerken kann, und (3) die Durchfuehrbarkeit einer Textur-basierten Klassifikation von Leberzysten und -haemangiomen auf nativen T1- und T2-gewichteten Standard-MR-Aufnahmen zu untersuchen. Saemtliche Experimente wurden bei einer Magnetfeldstaerke von 3 Tesla durchgefuehrt. Um die Sensitivitaet der Texturcharakteristika und den Effekt einer Bild-Interpolation zu ermitteln, wurden PSAG (Poly-Styrol Agar-Gel)-Phantome, bestehend aus Styroporkuegelchen (Durchmesser 0,8 bis 3,15 mm) und Agar-Gel, sowie eine spezielle MR-Mikroskopiespule fuer die Akquisition hochaufloesender, T2-gewichteter MSME Sequenzen verwendet. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen, dass die Sensitivitaet der Texturcharakteristika aller Kategorien gegenueber aenderungen von NA, TR, TE und SBW deutlich ist und mit zunehmender Aufloesung ansteigt. Andererseits hat diese Sensitivitaet keinen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse der computergestuetzten Mustererkennung, solange die Aufloesung ausreichend hoch ist. Falls die Datensaetze heterogen hinsichtlich ihrer Sequenzparameter sind, empfehlen sich vor allem von der 'Co-occurrence Matrix' abgeleitete Texturcharakteristika fuer die Musterklassifikation. Eine Interpolation von MR-Bildern kann die Resultate der Mustererkennung verbessern, zumindest wenn sie auf Texturcharakteristika der 'Co-occurrence Matrix', 'Run-length Matrix', oder des 'Absoluten Gradienten' beruht. Sofern die Grundaufloesung ausreicht, ist die sogenannte 'Zero-fill' Interpolation im k-Raum die Methode der Wahl. Entsprechend wurde die texturbasierte Klassifikation von Leberzysten und-haemangiomen auch anhand derartig interpolierter MR-Bilder durchgefuehrt. Unsere vorlaeufigen Resultate zeigen, dass eine suffiziente Klassifikation von Leberzysten und Haemangiomen auf der Basis dieser MR-Bilder moeglich ist. Somit erscheinen weitere Studien, welche eine texturbasierte Klassifikation anderer Lebertumore (hepatozellulaeres oder cholangiozellulaeres Karzinom, oder Metastasen) zum Ziel haben, gerechtfertigt. (author)

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107 p.