Rofo 2015; 187(10): 924-932
DOI: 10.1055/s-0035-1553207
Musculoskeletal System
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

MR Diagnosis of Bone Metastases at 1.5 T and 3 T: Can STIR Imaging Be Omitted?

MRT-Diagnostik von Knochenmetastasen bei 1,5 T und 3 T: Kann auf die STIR-Bildgebung verzichtet werden?
S. Ohlmann-Knafo
,
A. D. Tarnoki
,
D. L. Tarnoki
,
D. Pickuth
Further Information

Publication History

30 January 2015

02 May 2015

Publication Date:
17 June 2015 (online)

Abstract

Objective: To date, no prospective comparative study of the diagnostic value of STIR versus T1-weighted (T1w) sequences at both 1.5 T and 3 T has been performed with special focus on the detectability of bone metastases.

Materials and Methods: 212 oncological patients had a whole-body MRI at 1.5 T and/or at 3 T. The standard protocol comprised STIR and T1w sequences. All patients who showed typical signs of bone metastases were included in the study. Evaluation of the images was performed by the calculation of the number of metastases by three independent readers and by visual assessment on a 4-point scale.

Results: 86 patients fulfilled the inclusion criteria. The total number of metastases was significantly higher on T1w than on STIR images at both field strengths (p < 0.05). T1w revealed a sensitivity of 99.72 % (3 T) and 100.00 % (1.5 T) versus STIR with 70.99 % (3 T) and 79.34 % (1.5 T). In 53 % (38/72) of all patients, STIR detected fewer bone metastases in comparison with T1w at 3 T. At 1.5 T, STIR showed inferior results in 37.5 % (18/48) of all patients. Qualitative analysis indicated a significantly better lesion conspicuity, lesion delineation and an improved image quality on T1w compared to STIR imaging at both field strengths (p < 0.05) with similar results for T1w at 1.5 T and 3 T, but inferior results for STIR especially at 3 T.

Conclusion: The whole-body MRI protocol for the detection of bone metastases could safely be limited to the T1w sequence in adults, especially at 3 T. There is no need for an additional STIR sequence. These initial results will have a major impact on the department’s workflow if confirmed by larger studies as they will help reduce examination time and therefore save financial resources.

Key points:

• In a routine MR protocol, T1w imaging is sufficient for the detection of bone metastases.

• In case of differential diagnostic problems, other appropriate sequences can be added to the protocol.

• STIR is inferior to T1w in the detection of metastases, especially at 3 T.

Citation Format:

• Ohlmann-Knafo S., Tarnoki A. D., Tarnoki D. L. et al. MR Diagnosis of Bone Metastases at 1.5T and 3T: Can STIR Imaging Be Omitted?. Fortschr Röntgenstr 2015; 187: 924 – 932

Zusammenfassung

Ziel: Bislang gibt es keine prospektive Vergleichsstudie zum diagnostischen Stellenwert der STIR versus T1-gewichteten (T1w) Sequenz sowohl am 1,5 T als auch am 3 T MRT im Hinblick auf die Detektierbarkeit von Knochenmetastasen.

Material und Methoden: 212 onkologische Patienten erhielten eine Ganzkörper-MRT bei 1,5 T und/oder 3 T. Das Standardprotokoll umfasste STIR und T1w-Sequenzen. Alle Patienten, die typische Kriterien von Knochenmetastasen zeigten, wurden in die Studie aufgenommen. Die Bildevaluation erfolgte anhand der Berechnung der Anzahl von Knochenmetastasen durch drei unabhängige Reader und durch visuelle Beurteilung auf einer 4-Punkte-Skala.

Ergebnisse: 86 Patienten erfüllten die Einschlusskriterien. Die Gesamtanzahl der Metastasen war signifikant höher bei T1w als auf den STIR-Bildern bei beiden MRT-Feldstärken (p < 0,05). Die Sensitivität war bei T1w 99,72 % (3 T) und 100,00 % (1,5 T) versus bei STIR 70,99 % (3 T) und 79,34 % (1,5 T). In 53 % (38/72) aller Patienten detektierte die STIR weniger Metastasen im Vergleich zu T1w bei 3 T, bei 1,5 T waren es 37,5 % (18/48) aller Patienten. Die qualitative Analyse ergab eine signifikant bessere Läsionsnachweisbarkeit, Läsionsabgrenzbarkeit und eine verbesserte Bildqualität bei T1w im Vergleich zu STIR an beiden Feldstärken (p < 0,05). Hierbei zeigten sich ähnliche Resultate für T1w bei 1,5 T und 3 T, wohingegen die STIR insbesondere bei 3 T der T1w unterlegen war.

Schlussfolgerung: Besonders bei 3 T kann das Ganzkörper-MRT-Protokoll zur Detektion von Knochenmetastasen bei Erwachsenen auf die T1w-SE-Sequenz beschränkt werden. Eine zusätzliche STIR-Bildgebung ist nicht notwendig. Unsere Studie könnte einen erheblichen Einfluss auf den Workflow einer Abteilung haben, sofern sich die Resultate an einem größeren Patientenkollektiv bestätigen. Insbesondere könnten hierdurch Untersuchungszeiten und Untersuchungskosten reduziert werden.

Kernaussagen:

• Die T1w ist im MRT-Routineprotokoll zur Detektion von Knochenmetastasen ausreichend.

• Bei differentialdiagnostischen Unklarheiten können adäquate Zusatzsequenzen akquiriert werden.

• In der Metastasendetektion ist die STIR der T1w insbesondere bei 3 T deutlich unterlegen.

 
  • References

  • 1 Mirowitz SA, Apicella P, Reinus WR et al. MR imaging of bone marrow lesions: relative conspicuousness on T1-weighted, fat-suppressed T2-weighted, and STIR images. Am J Roentgenol 1994; 162: 215-221
  • 2 Golfieri R, Baddeley H, Pringle JS et al. The role of the STIR sequence in magnetic resonance imaging examination of bone tumours. The British journal of radiology 1990; 63: 251-256
  • 3 Grankvist J, Fisker R, Iyer V et al. MRI and PET/CT of patients with bone metastases from breast carcinoma. Eur J Radiol 2012; 81: e13-e18 DOI: 10.1016/j.ejrad.2010.10.024. Epub 2011 Jan 12
  • 4 Ohlmann-Knafo S, Kirschbaum M, Fenzl G et al. Diagnostic Value of Whole-Body MRI and Bone Scintigraphy in the Detection of Osseous Metastases in Patients with Breast Cancer – A Prospective Double-Blinded Study at two Hospital Centers. Fortschr Röntgenstr 2009; 181:  255-263
  • 5 Schmidt GP, Reiser MF, Baur-Melnyk A et al. Whole-body MRI for the staging and follow-up of patients with metastasis. Eur J Radiol 2009; 70: 393-400 DOI: 10.1016/j.ejrad.2009.03.045. Epub 2009 May 19
  • 6 Mehta RC, Marks MP, Hinks RS et al. MR evaluation of vertebral metastases: T1-weighted, short-inversion-time inversion recovery, fast spin-echo, and inversion-recovery fast spin-echo sequences. AJNR Am J Neuroradiol 1995; 16: 281-288
  • 7 Mahnken AH, Wildberger JE, Adam G et al. Is there a need for contrast-enhanced T1-weighted MRI of the spine after inconspicuous short tau inversion recovery imaging?. Eur Radiol 2005; 15: 1387-1392 Epub 2005 Mar 18.
  • 8 Eustace S, Tello R, DeCarvalho V et al. A comparison of whole-body turboSTIR MR imaging and planar 99mTc-methylene diphosphonate scintigraphy in the examination of patients with suspected skeletal metastases. Am J Roentgenol 1997; 169: 1655-1661
  • 9 Steinborn MM, Heuck AF, Tiling R et al. Whole-body bone marrow MRI in patients with metastatic disease to the skeletal system. J Comput Assist Tomogr 1999; 23: 123-129
  • 10 Sohaib SA, Cook G, Allen SD et al. Comparison of whole-body MRI and bone scintigraphy in the detection of bone metastases in renal cancer. Br J Radiol 2009; 82: 632-639 DOI: 10.1259/bjr/52773262. Epub 2009 Feb 16
  • 11 Schmidt GP, Schoenberg SO, Reiser MF et al. Whole-body MR imaging of bone marrow. Eur J Radiol 55: 33-40
  • 12 Bauerle T, Hillengass J, Fechtner K et al. Multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance: importance of whole-body versus spinal MR imaging. Radiology 2009; 252: 477-485
  • 13 Venkitaraman R, Cook G, Dearnaley DP et al. Whole-body magnetic resonance imaging in the detection of skeletal metastases in patients with prostate cancer. J Med Imaging Radiat Oncol 2009; 53: 241-247
  • 14 Baur-Melnyk A, Buhmann S, Becker C et al. Whole-body MRI versus whole-body MDCT for staging of multiple myeloma. Am J Roentgenol 2008; 190: 1097-1104
  • 15 Vanel D. MRI of bone metastases: the choice of the sequence. Cancer Imaging 2004; 4: 30-35
  • 16 El-Khoury GY, Dalinka MK, Alazraki N et al. Metastatic bone disease. American College of Radiology. ACR Appropriateness Criteria. Radiology 2000; 215: 283-293
  • 17 Costelloe CM, Madewell JE, Kundra V et al. Conspicuity of bone metastases on fast Dixon-based multisequence whole-body MRI: clinical utility per sequence. Magn Reson Imaging 2013; 31: 669-675
  • 18 Schmidt GP, Wintersperger B, Graser A et al. High-Resolution Whole-Body Magnetic Resonance Imaging Applications at 1.5 and 3 Tesla: A Comparative Study. Investigative Radiology 2007; 42: 449-459
  • 19 Collins CM, Smith MB. Signal-to-noise ratio and absorbed power as functions of main magnetic field strength, and definition of “90 degrees ” RF pulse for the head in the birdcage coil. Magn Reson Med 2001; 45: 684-691
  • 20 Vaughan JT, Snyder CJ, DelaBarre LJ et al. Whole-body imaging at 7T: preliminary results. Magn Reson Med 2009; 61: 244-248
  • 21 Regatte RR, Schweitzer ME. Ultra-high-field MRI of the musculoskeletal system at 7.0T. J Magn Reson Imaging 2007; 25: 262-269
  • 22 Hwang S, Panicek DM. Magnetic resonance imaging of bone marrow in oncology. Part 2. Skeletal Radiol 2007; 36: 1017-1027
  • 23 Daldrup-Link HE, Henning T, Link TM. MR imaging of therapy-induced changes of bone marrow. Eur Radiol 2007; 17: 743-761
  • 24 Messiou C, DCollins DJ, Morgan VA et al. Use of apparent diffusion coefficient as a response biomarker in bone: effect of developing sclerosis on quantified values. Skeletal Radiol 2014; 43: 205-208
  • 25 Pearce T, Philip S, Brown J et al. Bone metastases from prostate, breast and multiple myeloma: differences in lesion conspicuity at short-tau inversion recovery and diffusion-weighted MRI. Br J Radiol 2012; 85: 1102-1106