Summary
Amplitudenbasiertes optimales Atemgewirr (ORG) entfernt effektiv ateminduzierte Bewegungsunschärfe aus klinischen 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) Positronen-Emissionstomographie (PET)-Bildern. Die Korrektur von FDG-PET-Bildern für diese Atembewegungsartefakte verbessert die Bildqualität, diagnosende und quantitative Genauigkeit. Die Entfernung von Atemwegsartefakten ist wichtig für ein angemessenes klinisches Management von Patienten mit PET.
Abstract
Die Positronen-Emissionstomographie (PET) in Kombination mit der Röntgen-Computertomographie (CT) ist eine wichtige molekulare Bildgebungsplattform, die für eine genaue Diagnose und klinische Inszenierung einer Vielzahl von Krankheiten erforderlich ist. Der Vorteil der PET-Bildgebung ist die Fähigkeit, eine Vielzahl biologischer Prozesse in vivo mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu visualisieren und zu quantifizieren. Es gibt jedoch mehrere Faktoren, die die Bildqualität und die quantitative Genauigkeit von PET-Bildern bestimmen. Einer der wichtigsten Faktoren, die die Bildqualität in der PET-Bildgebung des Thorax und des Oberbauchs beeinflussen, ist die Atembewegung, was zu einer atmungsinduzierten Bewegungsverwischung anatomischer Strukturen führt. Die Korrektur dieser Artefakte ist erforderlich, um eine optimale Bildqualität und quantitative Genauigkeit von PET-Bildern zu gewährleisten.
Es wurden mehrere Atemleitertechniken entwickelt, die in der Regel auf der Erfassung eines Atemsignals gleichzeitig mit PET-Daten beruhen. Basierend auf dem erfassten Atemsignal werden PET-Daten für die Rekonstruktion eines bewegungsfreien Bildes ausgewählt. Obwohl diese Methoden gezeigt haben, dass sie Atembewegungsartefakte effektiv aus PET-Bildern entfernen, hängt die Leistung von der Qualität des erfassten Atemsignals ab. In dieser Studie wird die Verwendung eines amplitudenbasierten optimalen Respirator-Gating(ORG)-Algorithmus diskutiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Atemregelalgorithmen erlaubt ORG dem Benutzer die Kontrolle über die Bildqualität im Vergleich zur Menge der abgelehnten Bewegung in den rekonstruierten PET-Bildern. Dies wird erreicht, indem ein optimaler Amplitudenbereich basierend auf dem erfassten Ersatzsignal und einem benutzerdefinierten Betriebszyklus (der Prozentsatz der PET-Daten, die für die Bildrekonstruktion verwendet werden) berechnet wird. Der optimale Amplitudenbereich ist definiert als der kleinste Amplitudenbereich, der noch die für die Bildrekonstruktion erforderliche PET-Datenmenge enthält. Es wurde gezeigt, dass ORG zu einer effektiven Entfernung von atmungsinduzierter Bildunschärfe in der PET-Bildgebung des Thorax und des Oberbauchs führt, was zu einer verbesserten Bildqualität und quantitativen Genauigkeit führt.
Introduction
Positronen-Emissionstomographie (PET) in Kombination mit Röntgen-Computertomographie (CT) ist ein weithin akzeptiertes bildgebendes Werkzeug in der klinischen Praxis zur genauen Diagnose und klinischen Inszenierung einer Vielzahl von Krankheiten1. Der Vorteil der PET-Bildgebung ist die Möglichkeit, eine Vielzahl biologischer Prozesse in vivo mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu visualisieren und zu quantifizieren2. Dies wird durch intravenöse Verabreichung einer radioaktiv markierten Verbindung, auch als Radiotracer bekannt, an den Patienten erreicht. Je nach verwendetem Radiotracer können Gewebemerkmale wie Glukosestoffwechsel, Zellproliferation, Hypoxiegrad, Aminosäuretransport und Expression von Proteinen und Rezeptoren visualisiert und quantifiziert werden2.
Obwohl mehrere Radiotracer entwickelt, validiert und in der klinischen Praxis verwendet wurden, ist das radioaktive Glukoseanalog 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) der am weitesten verbreitete Radiotracer in der klinischen Praxis. Angesichts der Tatsache, dass sich FDG überwiegend in Zellen mit erhöhter glykolytischer Rate ansammelt (d. h. Zellen mit erhöhter Glukoseaufnahme und Umwandlung in Pyruvat zur Energieerzeugung), ist es möglich, Gewebe mit unterschiedlichen Stoffwechselzuständen zu unterscheiden. Ähnlich wie bei Glukose ist der erste Schritt der FDG-Aufnahme der Transport vom extrazellulären Raum über die Plasmamembran in den intrazellulären Raum, der durch Glukosetransporter (GLUT)3erleichtert wird. Sobald sich die FDG im intrazellulären Raum befindet, führt die Phosphorylierung durch Hexokinasen zur Erzeugung von FDG-6-Phosphat. Im Gegensatz zu Glucose-6-Phosphat kann FDG-6-Phosphat jedoch nicht in den Krebs-Zyklus eintreten, um eine weitere aerobe Dissimilation zu erhalten, da in der zweiten (2') Kohlenstoffposition keine Hydroxylgruppe (OH) besteht. Da die umgekehrte Reaktion, die Dephosphorylierung von FDG-6-Phosphat zurück zu FDG, in den meisten Geweben kaum vorkommt, wird das FDG-6-Phosphat intrazellulärgefangen 3. Daher hängt der Grad der FDG-Aufnahme von der Expression der GLUT (insbesondere GLUT1 und GLUT3) auf der Plasmamembran und der intrazellulären enzymatischen Aktivität von Hexokinasen ab. Das Konzept dieser kontinuierlichen Aufnahme und Eintäugung von FDG wird als metabolisches Fangen bezeichnet. Die Tatsache, dass fDG sich bevorzugt in Geweben mit erhöhter metabolischer Aktivität ansammelt, ist in Abbildung 1adargestellt, die die physiologische Verteilung von FDG bei einem Patienten zeigt. Dieses FDG-PET-Bild zeigt eine höhere Aufnahme in Herz-, Gehirn- und Lebergeweben, die unter normalen Bedingungen als metabolisch aktive Organe bekannt sind.
Die hohe Empfindlichkeit zum Nachweis von Unterschieden im Stoffwechselzustand von Geweben macht FDG zu einem ausgezeichneten Radiotracer zur Unterscheidung normaler Krankheiten, da ein veränderter Stoffwechsel ein wichtiges Kennzeichen für viele Krankheiten ist. Dies ist leicht in Abbildung 1bdargestellt, die ein FDG-PET-Bild eines Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) im Stadium IV zeigt. Es gibt eine erhöhte Aufnahme im Primärtumor sowie bei metastasierenden Läsionen. Neben der Visualisierung spielt die Quantifizierung der Radiotracer-Aufnahme eine wichtige Rolle im klinischen Management von Patienten. Quantitative Indizes, die aus PET-Bildern abgeleitet werden, die den Grad der Radiotracer-Aufnahme widerspiegeln, wie der standardisierte Aufnahmewert (SUV), metabolische Volumina und die Gesamtläsionsglykolyse (TLG), können verwendet werden, um wichtige prognostische Informationen zu liefern und das Behandlungsverhalten für verschiedene Patientengruppen4,5,6zu messen. In dieser Hinsicht wird fDG-PET-Bildgebung zunehmend zur Personalisierung von Strahlentherapie und systemischer Behandlung bei onkologischen Patienten eingesetzt7. Darüber hinaus wurde die Verwendung von FDG-PET zur Überwachung der induzierten Toxizität akuter Behandlung, wie strahleninduzierte Ösophagitis8, Pneumonitis9 und systemische Entzündungsreaktionen10, beschrieben und liefert wichtige Informationen für bildgesteuerte Behandlungsentscheidungen.
Angesichts der wichtigen Rolle von PET für das klinische Management von Patienten ist Bildqualität und quantitative Genauigkeit wichtig, um Behandlungsentscheidungen auf der Grundlage von PET-Bildern angemessen zu leiten. Es gibt jedoch zahlreiche technische Faktoren, die die quantitative Genauigkeit von PET-Bildern beeinträchtigen können11. Ein wichtiger Faktor, der die Bildquantifizierung in PET erheblich beeinflussen kann, hängt mit den längeren Erfassungszeiten von PET im Vergleich zu anderen radiologischen Bildgebungsmodalitäten zusammen, in der Regel mehrere Minuten pro Bettposition. Infolgedessen werden die Patienten in der Regel angewiesen, während der PET-Bildgebung frei zu atmen. Das Ergebnis ist, dass PET-Bilder unter atembedingter Bewegung leiden, was zu einer erheblichen Verwischung der Organe im Thorax und Oberbauch führen kann. Diese atembedingte Bewegungsunschärfe kann eine angemessene Visualisierung und quantitative Genauigkeit der Radiotracer-Aufnahme erheblich beeinträchtigen, was das klinische Management von Patienten beeinflussen kann, wenn PET-Bilder für Diagnose und Inszenierung verwendet werden, die Zielvolumendefinition für Strahlenbehandlungsplanungsanwendungen und die Überwachung des Therapieverhaltens12.
Mehrere Atemgezerstwarten wurden entwickelt, um PET-Bilder für Atembewegungsartefakte zu korrigieren13. Diese Methoden können in prospektive, retrospektive und datengesteuerte Gating-Strategien kategorisiert werden. Prospektive und retrospektive Atemgezwitscher-Techniken beruhen in der Regel auf der Erfassung eines Atemersatzsignals während der PET-Bildgebung14. Diese Atemersatzsignale werden verwendet, um den Atemzyklus des Patienten zu verfolgen und zu überwachen. Beispiele für Atemschutzgeräte sind die Erkennung von Brustwandexkursionen mit Drucksensoren12 oder optischen Tracking-Systemen (z.B. Videokameras)15, Thermoelemente zur Messung der Temperatur der atemluft16und Spirometer zur Messung des Luftstroms und damit indirektdieSchätzung von Volumenänderungen in der Lunge des Patienten17.
Die Atemverzierung erfolgt dann in der Regel durch kontinuierliche und gleichzeitige Aufzeichnung eines Ersatzsignals (bezeichnet S(t)) mit den PET-Daten während der Bildaufnahme. Mit dem erworbenen Ersatzsignal können PET-Daten ausgewählt werden, die einer bestimmten Atemphase oder einem Amplitudenbereich (Amplituden-basiertes Gating) entsprechen,12,13,18. Phasenbasiertes Gating erfolgt, indem jeder Atemzyklus in eine feste Anzahl von Toren unterteilt wird, wie in Abbildung 2adargestellt. Die Atemverzierung erfolgt dann durch Auswahl der Daten, die in einer bestimmten Phase während des Atemzyklus des Patienten erfasst wurden, um für die Bildrekonstruktion verwendet zu werden. In ähnlicher Weise beruht amplitudenbasiertes Gating auf der Definition eines Amplitudenbereichs des Atemsignals, wie in Abbildung 2bdargestellt. Wenn der Wert des Atemsignals innerhalb des eingestellten Amplitudenbereichs liegt, werden die entsprechenden PET-Listenmodusdaten für die Bildrekonstruktion verwendet. Bei retrospektiven Gating-Ansätzen werden alle Daten gesammelt und die PET-Daten nach der Bildaufnahme erneut eingeteilt. Obwohl prospektive Atmungs-Gating-Methoden die gleichen Konzepte wie retrospektive Gating-Ansätze für die Wiedereinlösung von PET-Daten verwenden, basieren diese Methoden auf der prospektiven Erfassung von Daten während der Bildaufnahme. Wenn eine ausreichende Menge an PET-Daten gesammelt wird, wird die Bildaufnahme abgeschlossen. Die Schwierigkeit solcher prospektiven und retrospektiven Gating-Ansätze besteht darin, eine akzeptable Bildqualität aufrechtzuerhalten, ohne die Bildaufnahmezeiten bei unregelmäßiger Atmung signifikant zu verlängern13. In diesem Zusammenhang sind phasenbasierte Respiratationsmethoden besonders empfindlich gegenüber unregelmäßigen Atemmustern13,19, bei denen erhebliche Mengen an PET-Daten aufgrund der Ablehnung unangemessener Auslöser verworfen werden können, was zu einer erheblichen Verringerung der Bildqualität oder einer inakzeptablen Verlängerung der Bildaufnahmezeit führt. Darüber hinaus kann bei der Annahme unangemessener Auslöser die Leistungsfähigkeit des Atemggating-Algorithmus und damit die Wirksamkeit der Bewegungsabstoßung aus den PET-Bildern reduziert werden, da Atemtore in verschiedenen Phasen des Atemzyklus definiert werden, wie in Abbildung 2adargestellt. Tatsächlich wurde berichtet, dass amplitudenbasiertes Atemgezerstäubensungssystem stabiler ist als phasenbasierte Ansätze bei Unregelmäßigkeiten im Atemsignal13. Obwohl amplitudenbasierte Respiratationsalgorithmen bei unregelmäßigen Atemfrequenzen robuster sind, sind diese Algorithmen empfindlicher gegenüber dem Basisdriften des Atemsignals. Das Driften des Ausgangssignals kann aus zahlreichen Gründen auftreten, wenn sich die Muskelspannung des Patienten (d. h. der Übergang eines Patienten in einen entspannteren Zustand während der Bildaufnahme) oder Atemmusteränderungen ergeben. Um ein solches Grundabdriften des Signals zu verhindern, ist darauf zu achten, dass Tracking-Sensoren sicher am Patienten befestigt werden und die Atemsignalatmung regelmäßig überwacht wird.
Obwohl diese Probleme bekannt sind, erlauben herkömmliche Atemregelalgorithmen nur eine begrenzte Kontrolle über die Bildqualität und erfordern in der Regel eine signifikante Verlängerung der Bildaufnahmezeit oder erhöhte Mengen an Radiotracer, die dem Patienten verabreicht werden. Diese Faktoren führten zu einer begrenzten Anwendung solcher Protokolle in die klinische Routine. Um diese Probleme im Zusammenhang mit der variablen Qualität der Atemschutzaufnahmen zu umgehen, wurde eine spezifische Art von Amplituden-basiertem Gating-Algorithmus, auch bekannt als optimale Spiratierung (ORG), vorgeschlagen18. Die Atemverzierung mit ORG ermöglicht es dem Benutzer, die Bildqualität der Atemschutzbilder anzugeben, indem er einen Arbeitszyklus als Eingabe für den Algorithmus bereitstellt. Der Betriebszyklus ist definiert als Prozentsatz der erfassten PET-Listenmodusdaten, die für die Bildrekonstruktion verwendet werden. Im Gegensatz zu vielen anderen Atemregelalgorithmen ermöglicht dieses Konzept dem Anwender, die Bildqualität der rekonstruierten PET-Bilder direkt zu bestimmen. Basierend auf dem angegebenen Betriebszyklus wird ein optimaler Amplitudenbereich berechnet, der die spezifischen Eigenschaften des gesamten Atemersatzsignals berücksichtigt18. Der optimale Amplitudenbereich für einen bestimmten Betriebszyklus wird berechnet, indem mit einer Auswahl verschiedener Werte für die untere Amplitudengrenze (L) des Atemsignals begonnen wird. Für jede ausgewählte Untergrenze wird die obere Amplitudengrenze (U) so angepasst, dass die Summe der ausgewählten PET-Daten, definiert als Daten, die erfasst werden, wenn das Atemsignal in den Amplitudenbereich (L
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Protocol
Alle Verfahren, an denen menschliche Teilnehmer beteiligt waren, entsprachen den ethischen Standards des internen Prüfungsausschusses (IRB) des Universitätsklinikums Radboud und der Erklärung von Helsinki von 1964 und ihren späteren Änderungen oder vergleichbaren ethischen Standards. Der ORG-Algorithmus ist ein herstellerspezifisches Produkt und ist für die Siemens Biograph mCT PET/CT Scanner-Familie und neuere PET/CT-Modelle verfügbar.
1. Patientenvorbereitung
- Patienten-Anamnese
- Überprüfen Sie den Namen und das Geburtsdatum des Patienten. Inklusionskriterien ähneln routinemäßigen nicht-gated PET-Scans. Es sind keine zusätzlichen Ein- oder Ausschlusskriterien erforderlich.
- Überprüfen Sie das mit der Spritze gelieferte Etikett mit dem Radiotracer (Name, Geburtsdatum und Aktivitätsmenge).
HINWEIS: Die Dem Patienten verabreichte Aktivitätsmenge hängt von der Körpermasse des Patienten ab und kann zwischen den Institutionen variieren (in diesem Protokoll wird eine Menge von 3,2 MBq/kg vorgeschlagen). - Stellen Sie sicher, dass die klinischen Informationen auf dem Antragsformular korrekt sind, indem Sie den Patienten befragen. Fragen Sie den Patienten, ob es in letzter Zeit relevante Änderungen in der Behandlung oder Medikamente gab.
- Fragen Sie den Patienten, ob er Diabetes mellitus (DM) hat. Falls der Patient DM hat, fragen Sie, ob er oder sie eine geeignete Zubereitung befolgt hat (d. h. keine Verabreichung von kurz arbeitendem Insulin weniger als 4 Stunden vor dem PET-Scan oder die Verwendung von Blutzuckersenkenden (wie Metformin).
- Fragen Sie den Patienten, ob er Allergien hat oder Antikoagulanzien verwendet.
- Messen Sie den Blutzucker des Patienten, indem Sie einen Tropfen Blut anwenden, der durch Stechen der Fingerspitze des Patienten auf einem speziellen Teststreifen gewonnen wird (die Serumglukose sollte 11,0 mmol/L nicht überschreiten).
- Erklären Sie dem Patienten die Patientenvorbereitung und die bildgebenden Verfahren.
- Verwaltung des Radiotracers
- Sichern Sie venösen Zugang zum Patienten, indem Sie eine periphere venöse Kanüle in eine der antecubitalen Venen einsetzen.
- Befestigen Sie ein Drei-Wege-Stopp-Hahnsystem mit Luer-Sperre an einer 20 ml-Spritze mit Saline (dies ist die sekundäre Spritze).
- Spülen Sie das Drei-Wege-Stop-Hahn-System mit Saline (zum Zweck der Entlüftung).
- Befestigen Sie den Drei-Wege-Stopphahn mit Spritze am Ende der venösen Kanüle.
- Prüfen Sie, ob die venöse Kanüle patentiert ist, indem Sie sorgfältig 10 ml Saline durch die Kanüle spülen (fragen Sie den Patienten, ob er irgendwelche Beschwerden während der Spülung hat).
- Befestigen Sie die Spritze mit dem Radiotracer (Primärspritze) am Drei-Wege-Stopphahn. Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns, so dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch das System von der Spritze mit dem Radiotracer bis zur peripheren venösen Kanüle verläuft. Verabreichen Sie den Radiotracer, indem Sie den Kolben der Spritze langsam drücken (die Spritze, die den Tracer enthält, wird in einen speziellen bleiabgeschirmten Behälter gelegt).
- Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns so, dass die Spritze, die Dies enthält, mit der Primärspritze (die den Radiotracer enthielt) verbunden ist, und spülen Sie die Spritze, um restliche Radiotracer aus der Spritze zu spülen.
- Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns und drücken Sie den Kolben der Primärspritze, um dem Patienten restliche Radiotracer zu verabreichen, die in der Spritze verbleiben.
- Wiederholen Sie Schritt 1.2.7. und 1.2.8. Dreimal.
- Drehen Sie den Drei-Wege-Stopp-Hahn (um einen Blutrückfluss aus der Vene des Patienten zu verhindern) und lösen Sie die primäre Spritze. Befestigen Sie eine dritte Spritze mit Furosemid, drehen Sie den Drei-Wege-Stopphahn erneut und verabreichen Sie 0,5 g/kg Furosemid (mit einer maximalen Menge von 10 mg), indem Sie den Kolben der Spritze drücken. Entfernen Sie die periphere venöse Kanüle und drücken Sie mit einem sterilen Verband auf die Punktionsstelle. Prüfen Sie, ob es keine signifikanten Blutungen und von der Punktionsstelle gibt, und fixieren Sie den Verband mit medizinischem Klebeband.
- Patienteninkubation
- Lassen Sie den Patienten 50 Minuten in einer bequemen Position ruhen, vorzugsweise in einem schwach beleuchteten Raum.
- Nach 50 Minuten weisen Sie den Patienten an, seine Blase zu leeren.
- Nach 55 Minuten begleiten Sie den Patienten zum Scanner und positionieren Sie den Patienten mit den Armen nach oben auf dem Scannerbett. Verwenden Sie geeignete Armunterstützung, um es so komfortabel wie möglich für den Patienten zu machen. Wenn der Patient nicht in der Lage ist, seine Arme zu heben, kann das Scannen mit der Armeposition neben dem Patienten durchgeführt werden.
- Beobachten Sie das Atemmuster des Patienten und sichern Sie den Atemgurt um den Brustkorb des Patienten (normalerweise ist die Position direkt unter dem Rippenkäfig optimal). Stellen Sie sicher, dass der Sensor an einer Stelle platziert wird, an der abdominale Wandexkursion nach der Sichtkontrolle identifiziert wird (in der Regel 5-7 cm von der Mittellinie entfernt). Sichern Sie den Gurt um den Patienten herum mit dem Velcro-basierten Schließsystem.
- Prüfen Sie auf dem Scanner-Display, ob das Atemsignal innerhalb der Grenzen des minimalen und maximalen Bereichs bleibt (wenn das Atemsignal den Gurt entsprechend schneidet, befestigen oder festzieht).
- Tipp: Stellen Sie sicher, dass der Gurt fest genug um die Brust des Patienten befestigt ist. Da die Patienten nach einiger Zeit in einen entspannteren Zustand eintreten, neigt das Atemsignal dazu, zu sinken (Baseline Drift des Signals). Dadurch wird verhindert, dass das Signal aus dem Rahmen fällt, wodurch eine hohe Qualität des Ersatzsignals erhalten bleibt, das für die Atmungsgating verwendet wird.
- Beginnen Sie mit dem Scannen nach 60 Minuten nach der Inkubationszeit.
2. Bildaufnahme und -rekonstruktion
- Protokollauswahl
- Wählen Sie das Ganzkörperprotokoll auf dem Scanner aus. Dies kann geschehen, indem Sie den Cursor über die entsprechende Protokollkategorie bewegen (angezeigt durch die Kreise neben dem Patientensymbol in der Untersuchungskarte), und auf das entsprechende Protokoll klicken (Abbildung 3).
- Das ORG-Erfassungsprotokoll beginnt mit einem Scout-Scan (Topogramm) des Patienten. Um die Erfassung des Topogramms zu initiieren, drücken Sie die Starttaste des Scanners (gelbe rundumstehende Taste mit Strahlungszeichen) auf dem Scanner-Steuerkasten (Abbildung 4). Um die Erfassung des Topogramms zu stoppen oder abzubrechen, drücken Sie die Suspend- bzw. Stop-Taste.
- Planen Sie zunächst die PET-Bettpositionen auf dem Topogramm. Dies kann geschehen, indem Sie auf die linke Maustaste auf das Topogramm klicken und den Scanbereich festlegen.
- Wählen Sie die Bettpositionen aus, die für die Atembewegung korrigiert werden sollen (Abbildung 5).
HINWEIS: Dies sind die "gated" Bettpositionen, die den Thorax bedecken. Die "gated" Bettpositionen werden im Listmode aufgezeichnet. Je nach klinischer Indikation können auch Bettpositionen, die den Oberbauch abdecken, abgezäut werden (z.B. wenn die Bildgebung für Leber- oder Bauchspeicheldrüsenläsionen angezeigt wird). Für die nicht-gated Bettpositionen ist es nur notwendig, die Sinogramme für die Bildrekonstruktion aufzuzeichnen. - Stellen Sie die Bildaufnahmezeit für die PET-Bettpositionen ein (Abbildung 5).
HINWEIS: Je nach Menge der injizierten Aktivität muss die Scandauer der nicht-gated Bettpositionen angepasst werden, um eine ausreichende Bildqualität zu erzielen. Zusätzlich wird die Aufnahmezeit der nicht-gated bett positionen in Kombination mit dem Duty Cycle, der für die Bildrekonstruktion der Gated Bettpositionen verwendet wird, die Aufnahmezeit der Gated Bettpositionen bestimmt. Bei einem Duty-Cycle von 35 % ergibt die Verlängerung des Scans um Faktor 3 ungefähr ähnliche Statistiken für Gated- und Non-Gated-Bettpositionen. Vorgeschlagenes Bildgebungsprotokoll am Radboud University Medical Center ist eine Aufzeichnungszeit für nicht-gated Bettpositionen von 2 Minuten, während für Gated Bettpositionen die Aufzeichnungszeit 6 Minuten mit einem Betriebszyklus von 35% beträgt. - Nach dem Einrichten der Erfassungsparameter halten Sie die Starttaste (gelbe Rundtaste mit Strahlungszeichen) auf der Scanner-Steuerbox gedrückt und warten Sie, bis sich das Scannerbett wieder in die Startposition bewegt hat. Drücken Sie erneut die Starttaste, um einen niedrig dosierten CT-Scan vom Patienten (Kopf bis Fuß) zu erhalten. Drücken Sie nach dem Erwerb des CT-Scans die Starttaste, um den PET-Scan zu starten.
- Während der Bildaufnahme regelmäßig den Patienten und die Qualität des Atemsignals überprüfen (bei Bedarf den Atemgurt einstellen).
HINWEIS: Die Einstellung des Gurtes sollte nur durchgeführt werden, wenn keine Atembettpositionen erfasst werden. Daher sollten Anpassungen vor oder nach dem Erwerb dieser Bettpositionen vorgenommen werden. Die Einstellung des Gurtes während der Erfassung der Gated-Bettposition wirkt sich auf die Qualität der ORG-Bilder aus. Eine sorgfältige Beobachtung des Atemsignals und eine mögliche Einstellung des Atemgurts vor der Erfassung der Gated Bettpositionen sind erforderlich, um einem signifikanten Grundabdriften des Signals während des PET-Scans entgegenzuwirken.
- Bildrekonstruktion
- Überprüfen Sie das erfasste Atemsignal und wählen Sie den geeigneten Betriebszyklus für die Gated-Bettpositionen aus (Abbildung 6).
HINWEIS: Der Amplitudenbereich, der für die Atemungs-Gating verwendet wird, wird auf das Atemsignal überlagert). Prüfen Sie, ob es zu Inkonsistenzen oder Basisdriften im Atemsignal geht, die die Qualität des Atemgezobses beeinflussen können. - Wählen Sie das für die Anzeige optimierte Bildrekonstruktionsprotokoll aus (Abbildung 7). Dies ist in der Regel ein hochauflösendes Bildrekonstruktionsprotokoll mit kleineren Voxelgrößen zur Erkennung kleiner Läsionen. Es ist wichtig zu erkennen, dass der ORG-Algorithmus den optimalen Amplitudenbereich unter Verwendung des gesamten Atemsignals der ausgewählten Bettpositionen berechnet. Obwohl unterschiedliche Arbeitszyklen für unterschiedliche Bettpositionen verwendet werden können (z. B. um ein unterschiedliches Atemsignal zu korrigieren), wird die Verwendung unterschiedlicher Arbeitszyklen für unterschiedliche Bettpositionen nicht empfohlen, da dies zu Abweichungen in der Bildqualität zwischen den verschiedenen Bettpositionen führen wird.
HINWEIS: Hier ist ein Beispiel für die Bildrekonstruktion Spross en:- Algorithmus: TrueX + TOF (UltraHD PET)
- Anzahl der Iterationen:3
- Anzahl der Teilmengen: 21
- Matrixgröße: 400 × 400
- Nach-Rekonstruktionsfilterung, Kernel (3D Gaußian), volle Breite halb maximal (FWHM): 3,0 mm
- Arbeitszyklus 35%
- Darüber hinaus rekonstruieren Sie die PET-Bilder mit einem Protokoll, das der Research4Life (EARL)-Initiative für quantitative PET-Bildgebung entspricht. Dabei handelt es sich in der Regel um Bilder mit niedrigerer Auflösung, bei denen eine spezifische Filterung nach der Rekonstruktion angewendet wird.
HINWEIS: Hier ist ein Beispiel für die Bildrekonstruktion summieren Protokoll für die Bildquantifizierung:- Algorithmus: TrueX + TOF (UltraHD PET)
- Anzahl der Iterationen: 3
- Anzahl der Teilmengen: 21
- Matrixgröße: 256
- Nach-Rekonstruktionsfilterung, Kernel (3D Gaußian), volle Breite halb maximal (FWHM): 8,0 mm
- Arbeitszyklus 35%
- Senden Sie die rekonstruierten Bilder an das PACS-Archiv. Die Bilder können nun vom Nuklearmediziner ausgewertet werden
- Überprüfen Sie das erfasste Atemsignal und wählen Sie den geeigneten Betriebszyklus für die Gated-Bettpositionen aus (Abbildung 6).
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Representative Results
Die Verwendung von ORG in PET führt zu einer allgemeinen Verringerung der atembedingten Verwischung der Bilder. Zum Beispiel führte ORG in einer klinischen Bewertung von Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) zum Nachweis von mehr Lungenläsionen und hilar/mediastinalen Lymphknoten20. Dies zeigt sich leicht in Abbildung 8 und Abbildung 9, die nicht-gated und ORG PET Bilder von Patienten mit NSCLC zeigen.
Insbesondere führte ORG zu Managementänderungen bei Patienten mit frühen Krankheitsstadien (I-IIB), bei denen der Nachweis zusätzlicher Läsionen von Lymphknoten die vorgeschriebene Behandlung und die erforderlichen zusätzlichen diagnostischen Verfahren signifikant beeinflussen kann. Diese Ergebnisse werden durch eine Studie von van der Gucht et al. für Läsionen im Oberbauch bestätigt21. Die Verwendung von ORG führte zum Nachweis von mehr Läsionen im FDG-PET von Patienten mit Leber- und perihepatisch lokalisierten Läsionen. Obwohl diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass die Verwendung von ORG zu einer verbesserten Diagnose und Inszenierung von Patienten führen kann, bleibt die genaue klinische Auswirkung von ORG unklar.
Die Bildquantifizierung wird erheblich beeinflusst, wenn ORG verwendet wurde, um PET-Bilder für Atembewegungen zu korrigieren, insbesondere bei Lungenläsionen, die sich in der Nähe der Zwerchfell- und Hilarregionen der Lunge befinden. In einer Studie, die die Auswirkungen von ORG bei 66 Lungenkrebspatienten untersuchte, gab es einen statistisch signifikanten Anstieg der durchschnittlichen SUV-Aufnahme(SUV-Mittel)in den ORG-Bildern in Bezug auf die nicht-gated PET-Bilder. Im Vergleich zu den nicht-gated PET-Bildern zeigten die ORG PET-Bilder einen Anstieg desSUV-Mittelwerts von 6,2±12,2%(p<0,0001), 7,4±13,3%(p<0,0001) und 9,2±14,0%(p<0,0001), für Betriebszyklen von 50%, 35% bzw. 20% bzw.12.
Darüber hinaus wurde bei org eine statistisch signifikante Abnahme der metabolischen Volumina der Läsionen beobachtet. Diese Volumina wurden mit einem Region mit einem festen Schwellenwert (40 % des Segmentsierungsalgorithmus für die maximale Aufnahme (SUVmax)) segmentiert. Es gab einen Rückgang von 6,9±19,6% (p=0,02), 8,5±19,3% (p<0,0001) und 11,3±20,2% (p<0,0001) bei Zollzyklen von 50%, 35% bzw. 20% bzw.12. Die signifikante Zunahme der Aufnahme und Abnahme des metabolischen Volumens deuten auf eine effektive Entfernung der atmungsinduzierten Bildunschärfe aus den PET-Bildern hin, wenn ORG durchgeführt wird. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass der Einfluss von Atembewegungsartefakten auf die Quantifizierung der Läsionsaufnahme und des Volumens von der anatomischen Lage abhängt. Es gab nur einen signifikanten Anstieg desSUV-Mittels und einen Rückgang des Volumens für Läsionen in den unteren Lungenlappen und zentral (besonders hilar) lokalisierten Läsionen. Die Wirkung der anatomischen Lage wird in Abbildung 10leicht nachgewiesen, die zwei verschiedene NSCLC-Läsionen bei einem einzigen Patienten zeigt. Darüber hinaus zeigte der Vergleich der rekonstruierten ORG PET-Bilder mit einem Betriebszyklus von 35% mit ihren nicht-gated äquivalenten Bildern, dass die Bildrauschen vergleichbar sind, was zeigt, dass die Bildqualität konstant bleibt, wenn ORG12verwendet wird.
Der Zusammenhang zwischen Zollzyklus und Bildrauschen wurde durch die Berechnung des Variationskoeffizienten (COV) der FDG-Aufnahme bei nicht betroffenem Lungenparenchym nachgewiesen. Die COV in nicht-gated Bildern unter Verwendung aller verfügbaren Daten betrug durchschnittlich 26,1±6,4%, während die COV in ORG PET-Bildern, die mit einem Betriebszyklus von 20% rekonstruiert wurden, 39,4±7,5% betrug. Es gab einen nicht signifikanten Unterschied in der COV zwischen ORG PET-Bildern, die mit einem Betriebszyklus von 35% (32,8±6,4%) rekonstruiert wurden. und ihre nicht-gated äquivalenten Bilder (31,8±5,6%). Abbildung 11 zeigt zwei verschiedene ORG PET- und nicht-gated PET-Bilder mit unterschiedlicher statistischer Qualität. Diese Zahl zeigt, dass das Senken des Betriebszyklus die Rauschmenge erhöht, während die Qualität des ORG PET-Bildes, das mit einem Betriebszyklus von 35 % rekonstruiert wird und das nicht-gated äquivalente Bild konstant bleibt. Obwohl ORG zu einer signifikanten Verringerung des Läsionsvolumens führt, wie auf PET-Bildern quantifiziert, führte die absolute Verringerung des Volumens zu keiner signifikanten Einsparung der Strahlendosis, die während der Strahlentherapieplanung an die gefährdeten Organe (OARs) abgegeben wurde, wie in einer anderen Studie gezeigt wurde22.
Die unscharfe Wirkung der Atembewegung wirkt sich auch auf die Quantifizierung der Intra-Tumor-Heterogenität aus. In einer Kohorte von 60 NSCLC-Patienten führte ORG zu statistisch signifikanten Unterschieden in der Textur-Feature-Quantifizierung von Läsionen in den mittleren und unteren Lungenlappen23. Für die texturalen Features; High-Intensity-Schwerpunkt (HIE), Entropie, Zonenprozentsatz (ZP) und Unähnlichkeit betrug der relative Anstieg 16,8 % ± 17,2 %(p = 0,006), 1,3 % ± 1,5 %(p = 0,02), 2,3 % ± 2,2 %(p = 0,002), 11,6 % ± 11,8 %(p = 0,006) zwischen den ORG PET-Bildern und ihren nicht gated equivalenten PET-Bildern. Die Quantifizierung der Intratumorheterogenität wurde bei Läsionen in den oberen Lungenlappen nicht signifikant beeinflusst. Die mittlere Abnahme dieser strukturuellen Merkmale betrug 1,0% ± 7,7%(p = 0,3), 0,35% ± 1,8%(p = 0,3), 1,7% ± 13,2% (p = 0,4) und 0,4% ± 2,7%(p = 0,5), für Unähnlichkeit, Entropie, HIE und ZP. Darüber hinaus gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen ORG- und nicht-gated PET-Bildern für zentral gelegene Läsionen, mit einem mittleren Anstieg von 0,58% ± 3,7% (P = 0,6), 5,0% ± 19,0% (P = 0,4), 0,59% ± 4,0% (P = 0,9) und 4,4% ± 27,8% (P = 0,4), für Entropie, Unähnlichkeit, ZP und HIE. Obwohl die Quantifizierung der texturalen Merkmale bei Läsionen in den mittleren und unteren Lungenlappen signifikant beeinflusst wurde, waren die multivariaten Cox-Regressionsmodelle für das Überleben nicht signifikant betroffen23. Neben der Quantifizierung der intratumorenheterogenität von Lungenläsionen kann die Atembewegung zu signifikanten Veränderungen in der Quantifizierung der intratumorenheterogenität von Läsionen im oberen Bauchbereich führen. Dies zeigt sich leicht in einer Studie, die die Wirkung von ORG auf die Quantifizierung von Patienten mit einem pankreasischen duktalen Adenokarzinom (PDAC)24untersucht. Die Entfernung von Atembewegungsartefakten aus PET-Bildern mit ORG wirkt sich erheblich auf die Quantifizierung der texturalen Merkmale in PDAC-Läsionen aus. Es wurde beobachtet, dass die Korrelation der berechneten Texturmerkmale mit dem Gesamtüberleben signifikant beeinflusst wurde.
Abbildung 1: a) Physiologische Verteilung von 18F-Fluorodeoxyglycose (FDG) bei einem Patienten, der sich einer Positronenemissionstomographie (PET) unterzogen hat. Es gibt eine signifikante Aufnahme von FDG im Herzen, Gehirn und Leber des Patienten. b) Erhöhte FDG-Aufnahme bei mehreren Lungen-, Lymphknoten- und entfernten Metastasen bei Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) im Stadium IV, was die bevorzugte Aufnahme von FDG bei Krebsläsionen im Vergleich zu den meisten anderen nicht betroffenen Geweben belegt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Phasen- und Amplituden-basiertes Gating in der Positronenemissionstomographie (PET). a) Phasenbasiertes Gating, b) Amplituden-basiertes Gating und c) optimale Spiratierung (ORG). Während des phasenbasierten Gatings wird jeder Atemzyklus in eine feste Anzahl von Toren unterteilt (in diesem Fall 4). Die in einem bestimmten Gate gesammelten Daten werden verwendet, um ein Bild zu rekonstruieren, aus dem die Hauptkomponenten der Atemwegsbewegung entfernt werden. Amplitudenbasiertes Gating basiert auf der Definition einer oberen und unteren Amplitudengrenze. Amplitudenbasierte Atemgezerstifkgänge basieren in der Regel auf der Spezifikation eines Amplitudenbereichs durch den Benutzer. Daten, die gesammelt werden, wenn die Atemsignale innerhalb des definierten Amplitudenbereichs liegen, werden für die Bildrekonstruktion verwendet. Der optimale Orspizierungsalgorithmus (ORG) verwendet einen solchen Amplituden-basierten Ansatz und berechnet einen optimalen Amplitudenbereich basierend auf dem bereitgestellten Betriebszyklus (Prozentsatz der FÜR die Bildrekonstruktion erforderlichen PET-Daten). Der kleinste Amplitudenbereich, der noch die angegebene Datenmenge enthält, die für die Bildrekonstruktion erforderlich ist (Gesamtsumme der blau schattierten Flächen), wird als optimaler Amplitudenbereich (W) ausgewählt. Um dies zu erreichen, passt der ORG-Algorithmus die Obere Grenze (U) für verschiedene Werte der Untergrenze (L) an. Im Allgemeinen führt die Erhöhung der Anzahl der Tore oder die Reduzierung des Amplitudenbereichs zu einer effektiveren Abstoßung der Atembewegung auf Kosten erhöhter Bildgeräusche. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Auswahl des geeigneten Imaging-Protokolls. Ein vordefiniertes Imaging-Protokoll kann ausgewählt werden, indem Sie ein Protokoll aus einer bestimmten Kategorie auswählen (durch Überfahren der Maus über die Protokollkategorien (angezeigt durch das rote Feld) und ein Protokoll aus dem Dropdown-Menü auswählen). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Verschiedene Tasten am Steuerkasten der Siemens mCT- und Horizon PET/CT-Scanner. 1) Move Key, verwendet, um die Patiententabelle zur nächsten Messposition zu bewegen, 2) Entladen Destolieren Patientenschlüssel: verwendet, um die Patiententabelle an die Entladeposition nach der Bildaufnahme zu bewegen, 3) Starttaste: Verwendet, um einen Scan auszulösen, leuchtet das Strahlungswarnzeichen (4) während der Bildaufnahme, 4) Strahlungswarnleuchte: Zeigt an und liefert ein Warnsignal, wenn die Röntgenröhre eingeschaltet ist, 5) Haltetaste: Wird verwendet, um den Scan-Vorgang zu halten. Dies ist die bevorzugte Methode zum Unterbrechen eines Scans vor Abschluss. Die Suspend-Option ermöglicht Neustart des Bildprotokolls an der Stelle angehalten wurde, 6) Hören Sie die Patiententaste: Drücken Sie diese Taste, um den Patienten zu hören, die Lichtdiode angezeigt, dass die Hörverbindung aktiv ist, drücken Sie diese Taste erneut, um die Hörverbindung zu lösen, 7) Lautsprecher, 8) Rufen Sie die Patiententaste an: Halten Sie diese Taste gedrückt, während Sie mit dem Mikrofon sprechen (10), um Anweisungen für den Patienten bereitzustellen, 9) Stopptaste: Wird verwendet, um den Scanvorgang sofort zu stoppen, Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Nach dem Erwerb des Topogramms muss die Erfassungszeit verschiedener Bettpositionen angegeben werden (in der Registerkarte "Routine"). In diesem Beispiel werden die Bettpositionen für 6 Minuten aufgezeichnet (Bett 2), während die nicht-gated Bettpositionen in 2 Minuten erfasst werden (Bett 1 und 3). Gated Bettpositionen (im Topogramm orange hervorgehoben) können eingestellt werden, indem sie in der zweiten Spalte die Option 'Physio' auf 'Ein' setzen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Die Atemwellenform des Patienten wird im oberen Teil des Armaturenbretts zusammen mit einem Histogramm der Atemfrequenz (unterer Teil) auf der Registerkarte "Trigger" angezeigt. Der Einschaltzyklus kann aus dem Dropdown-Menü auf der rechten Seite ausgewählt werden (in diesem Fall 35%). Dieses Protokoll hat eine Standard-Bildaufnahmezeit von 6 Minuten pro Bettposition für Gated Bettpositionen und 2 Minuten für nicht-gated Bettpositionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 7: Auswahl des Bildrekonstruktionsprotokolls (Registerkarte "Recon"), Details der Bildrekonstruktion können für jedes Protokoll angegeben werden, indem die entsprechenden Felder ausgefüllt werden. Zur Anzeige wird ein hochauflösendes Bildrekonstruktionsprotokoll empfohlen, um Details in den rekonstruierten PET-Bildern bereitzustellen. Zur Quantifizierung der Radiotracer-Aufnahme auf PET-Bildern wird die Verwendung eines EARL-konformen Rekonstruktionsprotokolls empfohlen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 8: Nicht-gated und optimal gated (ORG) FDG-PET-CT-Bilder eines Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC). Diese Abbildung zeigt nicht-gated (a) und ORG PET (b) Bilder eines Hilar-Lymphknotens in Station X bei einem Patienten mit einer einsamen NSCLC-Läsion im linken unteren Lappen. Das ORG PET-Bild wird mit einem 35% Zollzyklus rekonstruiert. Die Reduzierung der unscharfen Wirkungen der Atembewegung hätte zur Aufarbeitung dieses Patienten von cT1N0M0 auf cT1N1M0 und zur Anforderung einer histologischen Auswertung des Hilar-Lymphknotens mit endobronchialer Ultraschall (EBUS) geführt. Diese Zahl wurde von Grootjans et al. (Lung Cancer 2015) geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 9: Nicht-gated (a) und optimale Atemtore (ORG) (b) FDG-PET-CT-Bild einer primären NSCLC-Läsion und Satellitenläsion im rechten Lungenhilum. Die primäre Läsion wird durch ein "p" angezeigt, während die Satellitenläsion durch ein "s" in dieser Abbildung angezeigt wird. Die Atemgebung bei diesem Patienten führte zu einer verbesserten Kontrastrückgewinnung von Satellitenläsionen, die an die primäre Läsion angrenzten. Das Vorhandensein der Läsion wurde bei der Nachbeobachtungs-CT-Bildgebung bestätigt, obwohl diese Befunde das klinische Management für diesen Patienten nicht signifikant beeinflusst hätten, org führte zum Nachweis von zusätzlichen Lungenläsionen. Diese Zahl wurde von Grootjans et al. (Lung Cancer 2015) geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 10: Nicht-gated und optimale Atemgated (ORG) FDG-PET-CT-Bilder eines Patienten mit NSCLC-Läsionen im linken unteren Lappen und Lungenhilum. Dieses Beispiel zeigt den Effekt der atmungsinduzierten Bewegungsunschärfe auf die Visualisierung und Quantifizierung von NSCLC-Läsionen. a) Nicht-gated PET-Bild, das eine Läsion im linken unteren Lappen darstellt, b) ORG PET-Bild, rekonstruiert mit einem Tastzyklus von 35% einer Läsion im linken unteren Lappen, c) Nicht-gated PET-Bild, das eine Läsion im linken Lungenhilum darstellt, d) ORG PET-Bild, rekonstruiert mit einem Tastzyklus von 35% einer Läsion in der linken Lunge. Bei diesem Patienten wird die Läsion im Lungenhilum einer erheblichen Atmungs-induzierten Bewegung ausgesetzt, die einen großen Einfluss auf die Quantifizierung der Läsionsaufnahme und des metabolischen Volumens zeigt, wenn ORG durchgeführt wird. Bei dieser Läsion wurde eine Erhöhung des durchschnittlichen standardisierten Aufnahmewertes (SUVmean) um 31,9 % und eine Abnahme des Metabolischen Volumens um 23,0 % beobachtet. Die Wirkung der Atembewegung auf die Quantifizierung der Läsionsaufnahme und des Volumens betrug 5,3 % bzw. 1,9 % für die Läsion im oberen Lungenlappen. Diese Zahl wurde von Grootjans et al. (Eur Radiol 2014) geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 11: Vergleich von optimal atmungseratheten Gated (ORG) und nicht-gated PET-Bildern mit unterschiedlichen Zählstatistiken bei patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) im Stadium IV. Die linke Spalte (a und c) zeigt die nicht-gated PET-Bilder mit allen (a) und 35% (c) der aufgezeichneten Daten rekonstruiert. Ein Vergleich der Bilder a und c zeigt, dass der Geräuschpegel erhöht wird, wenn weniger Daten für die Bildrekonstruktion verwendet werden, insbesondere in Bereichen mit relativ homogener Aufnahme, wie z. B. der Leber (angezeigt mit einem Sternchen '*'). Die Spalte rechts (b und d) zeigt die ORG PET-Bilder, die mit 50% und 35% Arbeitszyklus rekonstruiert wurden. Diese Bilder zeigen, dass die Menge an Rauschen erhöht wird, wenn der Betriebszyklus gesenkt wird. Der Vergleich des nicht-gated PET-Bildes (c) mit seinem ORG PET-Äquivalent (d) zeigt, dass der atemsordeninduzierte Unschärfeeffekt im ORG-Bild reduziert wird, was sich in der scheinbaren Größe der metastasierenden Läsion in der Nebenniere (angezeigt mit einem Pluszeichen "+") und Nierenkeln der linken Niere (angezeigt mit einem "x") widerspiegelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
In der Nuklearmedizin sind die sich verschlechternden Wirkungen von Atemwegsartefakten in der PET-Bildgebung seit langem anerkannt. Es wurde in vielen Studien gezeigt, dass die verwischende Wirkung von Atembewegungsartefakten die Bildquantifizierung und Läsionsnachweisbarkeit erheblich beeinflussen kann. Obwohl mehrere Respiratierungsmethoden entwickelt wurden, wird die Atemgezerbisung derzeit in der klinischen Praxis nicht weit verbreitet. Dies ist insbesondere auf eine daraus resultierende variable Bildqualität, eine inakzeptable Verlängerung der Bildaufnahmezeiten und die nicht-ideale Integration von Atemgebungs-Gating in ein klinisches Ganzkörper-Bildgebungsprotokoll zurückzuführen. Der Vorteil von ORG ist, dass es eine bequeme Integration in ein Standard-Ganzkörper-PET-Bildgebungsprotokoll ermöglicht, das es ermöglicht, mehrere gated und nicht-gated Bettpositionen nahtlos in einem einzigen Bild zu integrieren. Darüber hinaus berücksichtigt der ORG-Algorithmus bei der Berechnung des optimalen Amplitudenbereichs spezifische Eigenschaften des gesamten Atemsignals, wie z.B. Plateauphasen, während der Anwender die Bildqualität der rekonstruierten PET-Bilder direkt angeben kann, indem er den Einschaltzyklus festlegt. Jedoch, ähnlich wie viele andere Atemleiter-Methoden, ORG erfordert die Verwendung von externen Sensoren, die verwendet wird, um Atemgating durchzuführen. Darüber hinaus wird je nach verwendetem Zollzyklus eine beträchtliche Menge an PET-Daten verworfen und nicht für die Rekonstruktion des endgültigen Bildes verwendet. Daher beruht eine erfolgreiche Atemnavigation mit ORG auf einer angemessenen Verfolgung der Atembewegung mittels externer Sensoren und der Verlängerung der Bildaufnahmezeiten oder der Menge der verabreichten Aktivität für die Patienten. Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Einsatz von Sensoren inspirierten die Entwicklung von datengesteuerten oder sensorlosen Atemgezäutungsansätzen25,26,27. Diese datengesteuerten Techniken lassen die Anforderung an ein externes Ersatzsignal aus, indem Informationen über Atembewegungen aus den PET-Listenmodusdaten selbst extrahiert werden. Solche datengesteuerten Techniken wurden von mehreren PET-Anbietern entwickelt und als klinisch anwendbare Alternativen zu sensorbasierten Methoden vorgeschlagen, die die routinemäßige PET-Atmungsprüfung in der klinischen Praxis erleichtern.
Neben der ausschließlichen Extraktion von Informationen über Atembewegungen aus PET-Daten ermöglichen neuere Methoden die Verwendung aller PET-Daten, die für die Bildrekonstruktion aufgezeichnet werden28. Diese bewegungskompensierten Bildrekonstruktionen werden durchgeführt, indem PET-Daten aus verschiedenen Atemphasen elastisch in ein einzelnes Bild transformiert werden, aus dem Bewegungsartefakte entfernt werden. Im Vergleich zur herkömmlichen sensorbasierten Atemleiter erfordert eine bewegungskompensierte Rekonstruktion keine Verlängerung der Bildaufnahmezeit und verhindert den Einsatz zusätzlicher Hardware während des Gatings. Diese Methoden entfernen effektiv Atembewegungen von PET-Bildern unter Beibehaltung der Bildqualität29. Darüber hinaus wurden mit der Entstehung von hybrider PET- und Magnetresonanz-Bildgebung (MR) mehrere Methoden entwickelt, die von MR abgeleitete Bewegungsinformationen verwenden, um PET-Bilder30,31,32,33zu korrigieren. Obwohl diese Methoden seit einiger Zeit in einer Forschungsumgebung existieren, sind die ersten datengesteuerten Respiatemgating-Methoden auf den Markt gekommen. Die meisten dieser Methoden befinden sich jedoch noch in aktiver Entwicklung und kontinuierliche Verbesserung, und größere klinische Studien sind erforderlich, um die Leistung und Robustheit solcher Algorithmen zu bewerten.
Obwohl sich die Methoden der Atemverzierung hauptsächlich auf die Korrektur von PET-Bildern für Atembewegungsartefakte konzentrieren, berücksichtigen diese Algorithmen in der Regel nicht die erfassten CT-Daten. In der klinischen Praxis wird low-dose (LD) CT in der Regel ohne Atemanweisungen durchgeführt. Die Registrierung eines LDCT, das erworben wird, wenn der Patient frei atmet, kann zu einer signifikanten räumlichen Diskrepanz zwischen respiratoriertem PET und LDCT führen, insbesondere bei anatomischen Strukturen, die sich während der Atmung bewegen34. Neben der präzisen Lokalisierung der Radiotracer-Aufnahme wird das LDCT zur Dämpfungskorrektur der PET-Bilder eingesetzt. Daher kann die Wirkung einer räumlichen Diskrepanz zwischen PET und CT zu tiefgreifenden quantitativen Ungenauigkeiten bei PET führen, insbesondere wenn sich die Radiotraceraufnahme in der Nähe von Strukturen mit großen Dichteunterschieden wie Lungen- und Knochengewebe befindet. Mehrere Autoren haben verschiedene Methoden untersucht, um die Bildaufnahme zu synchronisieren, um räumliche Diskrepanzen zwischen PET- und CT-Bildern zu reduzieren. Eine vorgeschlagene Methode besteht darin, dem Patienten während des CT-Erwerbs Atemanweisungen zu geben. Obwohl die Standard-CT-Atemanweisungen in Kombination mit ORG keine Verbesserung der räumlichen Übereinstimmung zwischen CT und PET35befolgten, führten patientenspezifische Anweisungen, die auf dem gleichen Atemsignal- und Amplitudenbereich für ORG basierten, zu einer allgemeinen Verbesserung der räumlichen Übereinstimmung zwischen PET und CT36. Diese Methoden reagieren jedoch empfindlich auf Variationen in den Bedienungsanleitungen und der Patienteninterpretation. Verbesserte Ergebnisse wurden durch Schulungen mit dem Patienten vor der PET-CT-Bildgebung erzielt. Da einige Patienten jedoch aufgrund einer beeinträchtigten körperlichen Verfassung Schwierigkeiten haben, diese Atemanweisungen zu erfüllen, kann der Erfolg in einem klinischen Umfeld variabel bleiben. Andere Ansätze sind die Verwendung von Atemauslöser CT, wo das Atemsignal verwendet wird, um die CT-Erfassungauszulösen 34. Dieser Ansatz in Kombination mit ORG führte zu einer signifikanten Verringerung der räumlichen Diskrepanz zwischen PET- und CT-Bildern. In einer Studie ergab die Auswertung eines ausgelösten zu einem Standard-CT-Protokoll ausgelösten CT-Protokolls einen Anstieg desSUV-Max- undSUV-Mittelwerts um 5,7 % ± 11,2 % (P < 0,001) bzw. 6,1 % ± 10,2 % (P = 0,001). Obwohl eine vollständige 4D-CT-Gating vorgeschlagen wurde, um PET- und CT-Images zu entsprechen, sind solche Strategien in der klinischen Routinepraxis angesichts einer unannehmbar hohen Strahlenexposition gegenüber dem Patienten nicht anwendbar. Verschiedene Methoden zur Verringerung der räumlichen Diskrepanz zwischen PET- und CT-Bildern werden noch auf ihre Wirksamkeit und klinische Nützlichkeit untersucht.
Obwohl die Atembewegung die Bildquantifizierung von PET-Bildern maßgeblich beeinflusst, bleiben viele andere technische Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, um die Reproduzierbarkeit und quantitative Genauigkeit vonPET-Bildernzu erhalten 11 . Diese Faktoren beziehen sich auf die Patientenvorbereitung, die Einstellungen für die Bildaufnahme und die Rekonstruktionsprotokolle. Es ist wichtig, strenge Erfassungsprotokolle einzuhalten, einschließlich der Verwendung ähnlicher Patientenvorbereitungsverfahren, der Bewertung der Radiotracer-Aufnahme zu bestimmten Zeitpunkten sowie der Scan- und Rekonstruktionsparameter11,37. In diesem Zusammenhang legt die European Association of Nuclear Medicine (EANM) Leitlinien für quantitative FDGPET-CT für multizentrische Vergleiche vor. Es hat sich gezeigt, dass die Harmonisierung von Bildgebungsprotokollen unter Verwendung standardisierter Richtlinien zu einer insgesamt verbesserten Vergleichbarkeit von PET-Bildern aus verschiedenen Institutionen führt38.
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Disclosures
Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.
Acknowledgments
Die Autoren danken Richard Raghoo für die Bereitstellung der PET-Bilder in Abbildung 1.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sensor Port, sensor, black box, wave deck, elastic band, load cell sensor (complete set) | anzai medical co. | respiratory gating system AZ-733V | http://www.anzai-med.co.jp/en/product/item/az733v |
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