On May 3, 2008, a National Cancer Institute (NCI)-sponsored open consensus conference was held in Toronto, Ontario, Canada, during the 2008 International Society for Magnetic Resonance in Medicine Meeting. Approximately 100 experts and stakeholders summarized the current understanding of diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) and reached consensus on the use of DW-MRI as a cancer imaging biomarker. DW-MRI should be tested as an imaging biomarker in the context of well-defined clinical trials, by adding DW-MRI to existing NCI-sponsored trials, particularly those with tissue sampling or survival indicators. Where possible, DW-MRI measurements should be compared with histologic indices including cellularity and tissue response. There is a need for tissue equivalent diffusivity phantoms; meanwhile, simple fluid-filled phantoms should be used. Monoexponential assessments of apparent diffusion coefficient values should use two b values (>100 and between 500 and 1000 mm2/sec depending on the application). Free breathing with multiple acquisitions is superior to complex gating techniques. Baseline patient reproducibility studies should be part of study designs. Both region of interest and histogram analysis of apparent diffusion coefficient measurements should be obtained. Standards for measurement, analysis, and display are needed. Annotated data from validation studies (along with outcome measures) should be made publicly available. Magnetic resonance imaging vendors should be engaged in this process. The NCI should establish a task force of experts (physicists, radiologists, and oncologists) to plan, organize technical aspects, and conduct pilot trials. The American College of Radiology Imaging Network infrastructure may be suitable for these purposes. There is an extraordinary opportunity for DW-MRI to evolve into a clinically valuable imaging tool, potentially important for drug development.

Assessment of radiation and chemotherapy efficacy for brain cancer patients is traditionally accomplished by measuring changes in tumor size several months after therapy has been administered. The ability to use noninvasive imaging during the early stages of fractionated therapy to determine whether a particular treatment will be effective would provide an opportunity to optimize individual patient management and avoid unnecessary systemic toxicity, expense, and treatment delays. We investigated whether changes in the Brownian motion of water within tumor tissue as quantified by using diffusion MRI could be used as a biomarker for early prediction of treatment response in brain cancer patients. Twenty brain tumor patients were examined by standard and diffusion MRI before initiation of treatment. Additional images were acquired 3 weeks after initiation of chemo- and/or radiotherapy. Images were coregistered to pretreatment scans, and changes in tumor water diffusion values were calculated and displayed as a functional diffusion map (fDM) for correlation with clinical response. Of the 20 patients imaged during the course of therapy, 6 were classified as having a partial response, 6 as stable disease, and 8 as progressive disease. The fDMs were found to predict patient response at 3 weeks from the start of treatment, revealing that early changes in tumor diffusion values could be used as a prognostic indicator of subsequent volumetric tumor response. Overall, fDM analysis provided an early biomarker for predicting treatment response in brain tumor patients.

PURPOSE: To develop and evaluate a sequence for breath-hold three-dimensional gadolinium-enhanced magnetic resonance (MR) angiography of the abdominal aorta. MATERIALS AND METHODS: In 63 patients, the abdominal aorta and its branches were imaged for 29, 43, or 58 seconds with breath holding. A fast spoiled gradient-echo sequence was used at 1.5 T during infusion of 42 mL of a gadolinium chelate. Correlation with conventional angiography was performed in 19 patients. MR image quality (signal-to-"total" noise ratio [S/N*]) with breath holding was compared with that with free breathing (104 patients). RESULTS: With breath-hold gadolinium-enhanced MR angiography, renal, celiac, and superior mesenteric artery occlusive disease was graded appropriately in 15 of 19 patients, and 10 of 11 accessory renal arteries were depicted correctly. Renal artery branches were visualized in 86 of 95 kidneys on breath-hold images compared with only 84 of 236 kidneys with free breathing (P < .001). Distal renal artery S/N* was 3.1 with breath holding and 2.1 with free breathing (P < .001). CONCLUSION: Breath holding statistically significantly improves three-dimensional gadolinium-enhanced MR angiography of the renal, celiac, and superior mesenteric arteries.

Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a potent endogenous activator of the cell death pathway and functions by activating the cell surface death receptors 4 and 5 (DR4 and DR5). TRAIL is nontoxic in vivo and preferentially kills neoplastically transformed cells over normal cells by an undefined mechanism. Radiotherapy is a common treatment for breast cancer as well as many other cancers. Here we demonstrate that ionizing radiation can sensitize breast carcinoma cells to TRAIL-induced apoptosis. This synergistic effect is p53-dependent and may be the result of radiation-induced up-regulation of the TRAIL-receptor DR5. Importantly, TRAIL and ionizing radiation have a synergistic effect in the regression of established breast cancer xenografts. Changes in tumor cellularity and extracellular space were monitored in vivo by diffusion-weighted magnetic resonance imaging (diffusion MRI), a noninvasive technique to produce quantitative images of the apparent mobility of water within a tissue. Increased water mobility was observed in combined TRAIL- and radiation-treated tumors but not in tumors treated with TRAIL or radiation alone. Histological analysis confirmed the loss of cellularity and increased numbers of apoptotic cells in TRAIL- and radiation-treated tumors. Taken together, our results provide support for combining radiation with TRAIL to improve tumor eradication and suggest that efficacy of apoptosis-inducing cancer therapies may be monitored noninvasively, using diffusion MRI.

Quantitative measurements of perfusion and molecular diffusion were made in human white matter in two orientations of the motion-sensitization gradient to document anisotropy of these parameters. Measurements were localized to a 10 X 10-mm tissue column oriented in an anterior-to-posterior direction in the left cerebral hemisphere just above the body of the left ventricle. This region was selected because of the relatively high directionality of white matter fibers. In this study of five healthy volunteers, strong diffusion anisotropy was observed in all cases. Twofold or greater anisotropy was commonly observed, with the higher diffusion value associated with motion sensitivity along the fiber directions. By combining data from both gradient orientations in all cases, diffusion values of solid tissue ranged from 0.38 X 10(-3) mm2/sec to 1.12 X 10(-3) mm2/sec, and measured perfusion fractions were in the range of 2%-5% (excluding areas highly contaminated by cerebrospinal fluid). Little or no perfusion-fraction anisotropy was observed; however, perfusion measurements were limited by noise. Data were collected without cardiac gating by using a technique that offers good immunity to bulk tissue motion artifacts.

Diagnosing pulmonary embolism may be difficult, because there is no reliable noninvasive imaging method. We compared a new noninvasive method, gadolinium-enhanced pulmonary magnetic resonance angiography, with standard pulmonary angiography for diagnosing pulmonary embolism.

✓ There have been few investigations of brain edema formation after intracerebral hemorrhage (ICH), despite the fact that mass effect and edema are important clinical complications. The present study was designed to investigate the time course for the formation and resolution of brain edema and to determine how changes in cerebral blood flow (CBF) and blood-brain barrier (BBB) permeability are temporally related to edema formation following ICH. Anesthetized adult rats received a sterile injection of 100 µ l of autologous blood into the caudate nucleus. Water and ion contents were measured immediately, at 4 and 12 hours, and daily to Day 7 (10 time points, six rats at each time) after experimental ICH. The water content of the ipsilateral basal ganglia increased progressively (p < 0.002) over the first 24 hours, then remained constant until after Day 5, when the edema began to resolve. Edema was most severe in the tissue immediately surrounding the hemorrhage; however, it was also present in the ipsilateral cortex, the contralateral cortex, and the basal ganglia. Measurements of local CBF (using [ 14 C]-iodoantipyrine) and BBB permeability (using [ 3 H]- α -aminoisobutyric acid) were obtained in separate groups of six to eight rats at various time intervals between 1 and 48 hours after ICH. Cerebral blood flow was reduced to 50% of control at 1 hour, returned to control values by 4 hours, but then decreased to less than 50% of control between 24 and 48 hours after ICH. The BBB permeability increased significantly prior to the occurrence of significant edema in the tissue surrounding the clot. However, BBB permeability in the more distant structures remained normal despite the development of edema. These results demonstrate a time course for the formation and resolution of brain edema following ICH similar to that observed during focal ischemia. Brain edema forms in the immediate vicinity of the clot as a result of both BBB disruption and the local generation of osmotically active substances and then spreads to adjacent structures. While local ischemia, due to the mass effect of the hemorrhage, may play a role in producing cytotoxic and vasogenic edema, the release of toxic substances from the clot should also be considered. Since edema is nearly maximal by 24 hours after ICH, therapy directed at reducing edema formation must be instituted within the 1st day.

Purpose Assessment of radiologic response (RR) for brain tumors utilizes the Macdonald criteria 8 to 10 weeks from the start of treatment. Diffusion magnetic resonance imaging (MRI) using a functional diffusion map (fDM) may provide an earlier measure to predict patient survival. Patients and Methods Sixty patients with high-grade glioma were enrolled onto a study of intratreatment MRI at 1, 3, and 10 weeks. Receiver operating characteristic curve analysis was used to evaluate imaging parameters as a function of patient survival at 1 year. Both log-rank and Cox proportional hazards models were utilized to assess overall survival. Results Greater increases in diffusion in response to therapy over time were observed in those patients alive at 1 year compared with those who died as a result of disease. The volume of tumor with increased diffusion by fDM at 3 weeks was the strongest predictor of patient survival at 1 year, with larger fDM predicting longer median survival (52.6 v 10.9 months; log-rank, P < .003; hazard ratio [HR] = 2.7; 95% CI, 1.5 to 5.9). Radiologic response at 10 weeks had similar prognostic value (median survival, 31.6 v 10.9 months; log-rank P < .0007; HR = 2.9; 95% CI, 1.7 to 7.2). Radiologic response and fDM differed in 25% of cases. A composite index of response including fDM and RR provided a robust predictor of patient survival and may identify patients in whom RR does not correlate with clinical outcome. Conclusion Compared with conventional neuroimaging, fDM provided an earlier assessment of equal predictive value, and the combination of fDM and RR provided a more accurate prediction of patient survival than either metric alone.

To determine whether acute transient dyspnea and/or arterial phase image degradation occurs more or less often after intravenous administration of gadoxetate disodium than with intravenous administration of gadobenate dimeglumine.Institutional review board approval and patient consent were obtained for this prospective observational study. One hundred ninety-eight gadolinium-based contrast media administrations (99 with gadoxetate disodium [10 mL, n = 97; 8 mL, n = 1; 16 mL, n = 1] and 99 with gadobenate dimeglumine [0.1 mmol per kilogram of body weight, maximum dose, 20 mL]) for hepatobiliary indications were assessed in 192 patients. Subjective patient complaints were assessed. Objective respiratory motion degradation on T1-weighted precontrast and dynamic postcontrast (arterial, venous, or late dynamic or extracellular) magnetic resonance (MR) imaging datasets were independently assessed in a randomized, blinded fashion by five readers using a five-point scale, with mean scores of 4 or greater indicating severe motion. Comparisons between agents were made by using χ(2) or Fisher exact test, where appropriate.Significantly more patient complaints of acute transient dyspnea occurred after gadoxetate disodium administration than gadobenate dimeglumine (14% [14 of 99] vs 5% [five of 99], P = .05). There were significantly more severely degraded arterial phase data sets for gadoxetate disodium than for gadobenate dimeglumine for both the general population (17% [17 of 99] vs 2% [two of 99], P = .0007) and the subpopulation with cirrhosis (19% [14 of 72] vs 3% [one of 37], P = .02). This effect did not extend to venous (1% [one of 99] vs 2% [two of 99], P > .99 [overall population]) or late dynamic or extracellular (2% [two of 99] vs 0% [zero of 99], P = .5 [overall population]) phases. No patient required treatment for self-limited dyspnea.Intravenous gadoxetate disodium can result in acute self-limiting dyspnea that can have a deleterious effect on arterial phase MR image quality and occurs significantly more often than with intravenous gadobenate dimeglumine.

Purpose To determine if the change in tumor apparent diffusion coefficient (ADC) at diffusion-weighted (DW) MRI is predictive of pathologic complete response (pCR) to neoadjuvant chemotherapy for breast cancer. Materials and Methods In this prospective multicenter study, 272 consecutive women with breast cancer were enrolled at 10 institutions (from August 2012 to January 2015) and were randomized to treatment with 12 weekly doses of paclitaxel (with or without an experimental agent), followed by 12 weeks of treatment with four cycles of anthracycline. Each woman underwent breast DW MRI before treatment, at early treatment (3 weeks), at midtreatment (12 weeks), and after treatment. Percentage change in tumor ADC from that before treatment (ΔADC) was measured at each time point. Performance for predicting pCR was assessed by using the area under the receiver operating characteristic curve (AUC) for the overall cohort and according to tumor hormone receptor (HR)/human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) disease subtype. Results The final analysis included 242 patients with evaluable serial imaging data, with a mean age of 48 years ± 10 (standard deviation); 99 patients had HR-positive (hereafter, HR+)/HER2-negative (hereafter, HER2-) disease, 77 patients had HR-/HER2- disease, 42 patients had HR+/HER2+ disease, and 24 patients had HR-/HER2+ disease. Eighty (33%) of 242 patients experienced pCR. Overall, ΔADC was moderately predictive of pCR at midtreatment/12 weeks (AUC = 0.60; 95% confidence interval [CI]: 0.52, 0.68; P = .017) and after treatment (AUC = 0.61; 95% CI: 0.52, 0.69; P = .013). Across the four disease subtypes, midtreatment ΔADC was predictive only for HR+/HER2- tumors (AUC = 0.76; 95% CI: 0.62, 0.89; P < .001). In a test subset, a model combining tumor subtype and midtreatment ΔADC improved predictive performance (AUC = 0.72; 95% CI: 0.61, 0.83) over ΔADC alone (AUC = 0.57; 95% CI: 0.44, 0.70; P = .032.). Conclusion After 12 weeks of therapy, change in breast tumor apparent diffusion coefficient at MRI predicts complete pathologic response to neoadjuvant chemotherapy. © RSNA, 2018 Online supplemental material is available for this article.