BreastIS: A software tool for flexible breast MRI analysis

Abstract

Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) meme kanserinin teshisi ve takibiyle ilgilioldukça faydalı bilgi saglamaktadır. Günümüzde meme MRGâde genellikle dinamikkontrastlı MRG (DKG), difüzyon agırlıklı MRG (DAG) ve proton MR spektroskopikgörüntüleme (1H-MRSG) teknikleri kullanılmaktadır. Bu görüntüleme tekniklerininanalizlerini ayrı ayrı yapabilen farklı yazılımlar bulunmaktadır. Bu çalısmada tümbu tekniklerin analizini yapabilen esnek ve açık kaynak kodlu BreastIS görüntü analiziyazılımı gelistirilmistir. BreastIS görüntü analizi yazılımı MATLAB kullanılarakprogramlanmıstır, ve kullanıcı ara yüzü MATLAB GUI ve Java kullanılarak gelistirilmistir.Windows, Linux ve Mac isletim sistemlerini desteklemektedir. Tasarlananyazılımın analiz ve görüntü isleme algoritmalarını ve klinik veriye uyumlulugunu testetmek için retrospektif analizler yapılmıstır. DKG analizleri için 16 meme kanseri hastayaait MRG ve DAG analizleri için de 6 meme kanserli hastaya ait MRG BreastISyazılımı kullanılarak analiz edilmistir. Analizler sonucunda tümörlü ve saglıklı dokuarasındaki farklılıkları saptamak için hesaplanan parametrelere Mann-Whitney sıratoplam testi uygulanmıstır. DKG analizleri sonucunda hesaplanan sinyalde ortalamayüzde artıs, erken evrede artıs yüzde artıs gibi parameterler tümörlü ve saglıklı dokuiçin istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar göstermistir (P<0.001). DAG analizlerisonucunda hesaplanan ortalama görünen difüzyon katsayısı tümörlü ve saglıklı dokuiçin istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar göstermistir (P=0.002).

Magnetic resonance imaging of breast provides valuable information aboutbreast tissue composition. A common breast MRI protocol may include dynamic contrastenhanced (DCE) MRI, diffusion weighted MRI (DWI) and proton MR spectroscopicimaging (1H-MRSI). There have been several software tools that can analyzeeach of these data types separately. In this study, a flexible and open-source postprocessingsoftware called 'BreastIS 'was developed to analyze DCE-MRI, DWI, and1H-MRSI and store them in a database for further exploration. BreastIS image processingsoftware was implemented using MATLAB and the graphical user interface wasdeveloped using MATLAB GUI and Java. The software could be run onWindows, Macand Linux computers. A retrospective study was conducted to test the suitability ofthe analysis algorithms of BreastIS tool for the use with clinical dataset. DCE-MRIdata of 16 and DWI data of 6 breast cancer subjects were analyzed with BreastIS.For DCE-MRI analysis, the semi-quantitative parameters such as early and maximumpercentage enhancement, signal uptake pattern and maximum pixel intensity werecalculated for healthy and tumor regions of each subject. For DWI analysis, meanand maximum apparent diffusion coefficient (ADC) values were calculated for tumorand healthy regions of each subject. A Mann-Whitney rank sum test with Bonferronimultiple comparison correction was applied to find statistically significant differencesbetween healthy and tumor regions. Maximum and early percentage enhancements andmaximum pixel intensity were higher (P<0.001), and mean ADC values were lower intumor regions (P=0.002). The DCE-MRI signal uptake pattern displayed wash-out intumor regions. The sample analysis results indicated the suitability and usability ofBreastIS tool for analysis of clinical breast MRI datasets.