Assessment of Osteoporosis Based on Changes in SNR and ADC Values on MR Diffusion Weighted Images

This study tested how S/N (Signal to Noise Ratio) ratios and ADC (apparent diffusion coefficient) values vary with different T-scores in a group of patients with osteoporosis. Based on DEXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry) T-scores for L1.L4 for two groups of subjects consisting of 30 healthy people without osteoporosis and 30 patients who came for treatment of waist (lumbar or low back) pain and were suspected to have osteoporosis as judged from the simple X-ray findings, this study classified every spine into two groups of osteoporosis and osteopenia. Signal intensity measurements were made in the four regions of L1 to L4 on diffusion-weighted MR images obtained using 1.5T MR scanner, while ADC measurements were obtained from ADC map images. As an approach for quantitative analysis, the comparison of the variances in S/N ratios and ADC values for varying T-scores in the selected regions of interest was carried out based on averaged T-scores, S/N ratios, and ADC values. Also, the variances in S/N ratios and ADC values for each of the groups of osteoporosis and osteopenia, which were classified into by T-scores, were compared. For qualitative analysis, a careful naked eye examination of signal intensity differences in the area of L4 was made on T1-weighted sagittal images for each of the healthy (normal), osteopenia, and osteoporosis groups. In the qualitative analysis, it was found that for both the osteopenia group and the osteoporosis group, as T-scores deceased, the S/N ratios on diffusion-weighted MR images also decreased, with the greatest decrease in the S/N ratio found in the osteoporosis group. Additionally, among the three groups, the lowest S/N ratio was found in the osteoporosis group. With respect to ADC map, it was found that for both the osteopenia group and the osteoporosis group, as T-scores deceased, the ADC values on diffusion-weighted MR images also decreased, with the greatest decrease in the ADC values found in the osteoporosis group. Additionally, among the three groups, the lowest ADC value was found in the osteoporosis group. On the other hand, in the qualitative analysis, the osteoporosis group showed the highest signal intensity. Additionally, among the three groups, the lowest signal intensity was found in the healthy (normal) group. It was found that as osteoporosis progressed, S/N ratio and ADC decreased, whereas signal intensity increased on T1-weighted images. Also, in diagnosing osteoporosis, MRI tests turned out to be (more) effective.

확산강조영상에서 신호대 잡음비, 현성 확산 계수 변화에 따른 골다공증 평가

골다공증 환자를 대상으로 이중 에너지 X선 흡수(DEXA) 방법을 이용한 골밀도 영상에서는 T-score를 측정하고 자기공명영상 기법 중 확산강조영상에서는 신호대 잡음비와 현성 확산 계수를 측정한 다음 T-score변화에 따라 신호대 잡음비와 현성 확산 계수가 어떻게 변화하는지 알아보았다. 골다공증이 없는 건강한 사람 30명과 2009년 1월부터 2009년 12월까지 허리 통증으로 내원한 환자 중 단순 방사선 촬영에서 골다공증 소견이 보이는 환자 30명을 대상으로 Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA)를 이용하여 척추 L1-L4부위의 T-score를 측정 후 각각의 척추에 대해서 골감소증, 골다공증으로 분류하였다. 1.5T MR scanner를 이용하여 b value를 $400\;s/mm^2$으로 획득한 확산강조영상에서는 L1-L4 네 부위에서 신호 강도(signal intensity)측정을 하였고 현성 확산 계수(apparent diffusion coefficient; ADC) map 영상에서는 현성 확산 계수를 측정하였다. 정량적 분석방법으로 관심영역의 T-score와 신호대 잡음비(signal to noise ratio)와 ADC를 구하고 평균화 하여 관심영역에서 T-score변화에 따른 신호대 잡음비와 현성확산계수의 변화를 비교하였고 T-score에 의해 골감소증, 골다공증으로 분류하여 그룹별로 신호대 잡음비와 현성확산계수의 변화도 비교하였다. 정성적인 분석방법은 육안적으로 건강한 그룹과 골감소증, 골다공증그룹의 T1강조 시상면 영상에서 요추체중 L4 부위에서의 신호강도 차이를 알아보았다. 정량적 분석에서 골감소증 그룹과 골다공증그룹은 T-score가 감소함에 따라 확산강조영상에서의 신호대 잡음비가 감소하여 나타났으며 골다공증 그룹에서 신호대 잡음비가 가장 크게 감소하였다. ADC map영상에서는 골감소증그룹과 골다공증 그룹은 T-score가 감소함에 따라 현성 확산 계수는 감소해서 나타났고 건강한 그룹과 골감소증 및 골다공증 그룹의 경우 현성 확산 계수 차이는 골다공증 그룹에서 현성 확산 계수가 가장 낮게 나타났다. 정성적 분석에서는 건강한 그룹과 골감소증 및 골다공증 그룹에서 L4 부위의 신호강도는 건강한 그룹에서 가장 낮게 나타났고 골다공증그룹에서 높게 나타났다. 골다공증이 진행 될수록 신호대 잡음비와 현성 확산계수는 감소하고 T1강조 영상에서는 신호강도가 증가 하는 결과를 얻었고 자기공명검사가 골다공증 진단에 유용함을 알 수 있었다.