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Diagnostic value of centrally restricted diffusion in differentiating radiation necrosis from tumor progression in brain metastases: A single-center observational study - 29/10/25

Doi : 10.1016/j.neurad.2025.101386 
Valentin Laigle a, Laure Thomas b, Thiebaud Picart c, Emanuele Tommasino a, Chloé Dumot c, Anne d’Hombres d, Loïc Feuvret d, Emilien Jupin-Delevaux a, Delphine Gamondès a, Marc Hermier a, François Cotton e, f, Jérôme Honnorat b, g, François Ducray b, h, Yves Berthezène a, f, Alexandre Bani-Sadr a, f, ⁎
a Department of Neuroradiology, East Group Hospital, Hospices Civils de Lyon. 59 Bd Pinel, 69500, Bron, France 
b Department of Neuro-Oncology, East Group Hospital, Hospices Civils de Lyon. 59 Bd Pinel, 69500, Bron, France 
c Department of Neurosurgery, East Group Hospital, Hospices Civils de Lyon. 59 Bd Pinel, 69500, Bron, France 
d Department of Radiation Therapy, East Group Hospital, Hospices Civils de Lyon. 59 Bd Pinel, 69500, Bron, France 
e Department of Radiology, South Lyon Hospital, Hospices Civils de Lyon, 165 Chem. du Grand Revoyet, 69495 Oullins, France 
f CREATIS Laboratory, CNRS UMR 5220, INSERM U1294, Claude Bernard Lyon I University. 7 avenue Jean Capelle O, 69100, Villeurbanne, France 
g French Reference Center on Paraneoplastic Neurological Syndrome, Hospices Civils De Lyon, Hôpital Neurologique, Inserm U1028, CNRS UMR 5292, Lyon Neurosciences Research Center, Université Claude-Bernard Lyon-1, Lyon, France 
h Cancer Initiation and Tumoral Cell Identity Department, Cancer Research Centre of Lyon (CRCL) INSERM 1052, CNRS 5286, Lyon, France 

⁎Corresponding author.

Highlights

•
In patients with new or enlarging cystic lesions after radiation therapy, distinguishing radiation necrosis from true progression remains challenging.
•
The centrally restricted diffusion sign on DWI demonstrated 75.6 % sensitivity, 79.0 % specificity, and 73.5 % accuracy for identifying radiation necrosis, with moderate interobserver agreement (κ = 0.55).
•
Quantitative ADC analysis—using mean ADC values and necrosis-to-enhancement ADC ratios—did not improve diagnostic performance beyond visual assessment.

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Graphical abstract




Image, graphical abstract

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Abstract

Background

Distinguishing radiation necrosis (RN) from true progression (TP) in irradiated brain metastases is challenging. We evaluated the diagnostic performance of the centrally restricted diffusion sign on diffusion-weighted imaging (DWI).

Methods

From August 2014 to August 2024, we screened 321 patients with histologically confirmed brain metastases treated with radiation therapy and follow-up MRI for new or enlarging necrotic lesions ≥1 cm. Two board-certified neuroradiologists independently assessed the centrally restricted diffusion sign—central hyperintensity on b1000 images with corresponding ADC reduction—by rigidly co-registering DWI to postcontrast 3D T1-weighted sequences. Quantitative analysis included mean ADC measurement within manually drawn regions of interest in the necrotic core and the contrast-enhancing rim. Final diagnoses were established by histopathology (n = 17) or multidisciplinary consensus (n = 90).

Results

Of 107 patients (median age, 62 years; 57.9 % male), 62 had TP and 45 had RN. Median interval from radiotherapy completion to index MRI was 10.8 months. Overall survival was longer in patients with RN (median not reached) than in those with TP (17.5 months; P < 0.0001). Interobserver agreement for the centrally restricted diffusion sign was moderate (κ =0.55). The sign appeared in 34/45 RN cases and 13/62 TP cases (P < 0.0001). For RN diagnosis, sensitivity was 75.6 %, specificity 79.0 %, and accuracy 77.6 %. Quantitative ADC metrics did not enhance performance.

Conclusion

The centrally restricted diffusion sign on DWI may aid differentiation of RN from TP in irradiated brain metastases, despite moderate interrater reliability.

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Keywords : Brain metastases, Radiation necrosis, Diffusion-weighted imaging


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Vol 52 - N° 6

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