Summary
La gating respiratoria ottimale (ORG) basata sull'ampiezza rimuove efficacemente la sfocatura del movimento indotta dalle immagini cliniche ditomografia a emissione di positroni F-fluorodeossiglucosio (FDG). La correzione delle immagini FDG-PET per questi artefatti del movimento respiratorio migliora la qualità dell'immagine, la precisione diagnostica e quantitativa. La rimozione dei manufatti in movimento respiratorio è importante per un'adeguata gestione clinica dei pazienti che utilizzano PET.
Abstract
La tomografia ad emissione di positroni (PET) combinata con la tomografia computerizzata a raggi X (CT) è un'importante piattaforma di imaging molecolare necessaria per una diagnosi accurata e la stadiazione clinica di una varietà di malattie. Il vantaggio dell'imaging PET è la capacità di visualizzare e quantificare una miriade di processi biologici in vivo con elevata sensibilità e precisione. Tuttavia, ci sono diversi fattori che determinano la qualità dell'immagine e l'accuratezza quantitativa delle immagini PET. Uno dei principali fattori che influenzano la qualità dell'immagine nell'imaging PET del torace e dell'addome superiore è il movimento respiratorio, con conseguente sfocatura del movimento indotta dalla respirazione delle strutture anatomiche. La correzione di questi manufatti è necessaria per fornire una qualità dell'immagine ottimale e una precisione quantitativa delle immagini IN PET.
Sono state sviluppate diverse tecniche di ghiandolazione respiratoria, che in genere si basano sull'acquisizione di un segnale respiratorio contemporaneamente ai dati PET. In base al segnale respiratorio acquisito, i dati PET vengono selezionati per la ricostruzione di un'immagine senza movimento. Sebbene questi metodi abbiano dimostrato di rimuovere efficacemente i manufatti del movimento respiratorio dalle immagini in PET, le prestazioni dipendono dalla qualità del segnale respiratorio acquisito. In questo studio viene discusso l'uso di un algoritmo di gating respiratorio ottimale (ORG) basato sull'ampiezza. A differenza di molti altri algoritmi di gating respiratorio, ORG consente all'utente di avere il controllo sulla qualità dell'immagine rispetto alla quantità di movimento rifiutato nelle immagini PET ricostruite. Ciò si ottiene calcolando un intervallo di ampiezza ottimale basato sul segnale surrogato acquisito e un ciclo di servizio specificato dall'utente (la percentuale di dati PET utilizzati per la ricostruzione delle immagini). L'intervallo di ampiezza ottimale è definito come il più piccolo intervallo di ampiezza che contiene ancora la quantità di dati PET necessari per la ricostruzione delle immagini. È stato dimostrato che ORG si traduce in un'efficace rimozione della sfocatura dell'immagine indotta dalla respirazione nell'imaging PET del torace e dell'addome superiore, con conseguente miglioramento della qualità dell'immagine e precisione quantitativa.
Introduction
La tomografia ad emissione di positroni (PET) in combinazione con la tomografia computerizzata a raggi X (CT) è uno strumento di imaging ampiamente accettato nella pratica clinica per una diagnosi accurata e la stadiazione clinica di una varietà dimalattie 1. Il vantaggio dell'imaging PET è la capacità di visualizzare e quantificare una miriade di processi biologici in vivo con elevata sensibilità e precisione2. Ciò si ottiene somministrando per via endovenosa al paziente un composto marcato radioattivamente, noto anche come radiotracciante. A seconda del radiotracciante utilizzato, le caratteristiche tissutali come il metabolismo del glucosio, la proliferazione cellulare, il grado di ipossia, il trasporto di amminoacidi e l'espressione di proteine e recettori, possono essere visualizzate e quantificate2.
Sebbene diversi radiotraccianti siano stati sviluppati, convalidati e utilizzati nella pratica clinica, l'analogo del glucosio radioattivo 18F-fluorodeossiglucosio (FDG) è il radiotracciante più utilizzato nella pratica clinica. Dato che l'FDG si accumula prevalentemente in cellule con un elevato tasso glicolitico (cioè cellule con elevato assorbimento di glucosio e conversione in piruvato per la produzione di energia), è possibile discriminare tessuti con diversi stati metabolici. Simile al glucosio, il primo passo dell'assorbimento degli FDG è il trasporto dallo spazio extracellulare sulla membrana plasmatica allo spazio intracellulare, che è facilitato dai trasportatori di glucosio (GLUT)3. Una volta che l'FDG si trova nello spazio intracellulare, la fosforilazione da parte delle esochinasi si tradurrà nella generazione di FDG-6-fosfato. Tuttavia, a differenza del glucosio-6-fosfato, l'FDG-6-fosfato non può entrare nel ciclo di Krebs per un'ulteriore dissimilazione aerobica a causa dell'assenza di un gruppo idrossile (OH) nella seconda posizione di carbonio (2'). Dato che la reazione inversa, la defosforilazione dell'FDG-6-fosfato in FDG, difficilmente si verifica nella maggior parte dei tessuti, l'FDG-6-fosfato è intrappolato intracellularmente3. Pertanto, il grado di assorbimento degli FDG dipende dall'espressione del GLUT (in particolare GLUT1 e GLUT3) sulla membrana plasmatica e dall'attività enzimatica intracellulare delle esochinasi. Il concetto di assorbimento e cattura continui degli FDG è indicato come cattura metabolica. Il fatto che l'FDG si accumuli preferenzialmente nei tessuti con un'elevata attività metabolica è mostrato nella figura 1a, dimostrando la distribuzione fisiologica degli FDG in un paziente. Questa immagine FDG-PET mostra un maggiore assorbimento nei tessuti cardiaci, cerebrali e epatici, che sono noti per essere organi metabolicamente attivi in condizioni normali.
L'elevata sensibilità per rilevare le differenze nello stato metabolico dei tessuti rende l'FDG un eccellente radiotracciante per discriminare la normalità dai tessuti matti, dato che un metabolismo alterato è un segno distintivo importante per molte malattie. Questo è prontamente descritto nella figura 1b, mostrando un'immagine FDG-PET di un paziente con cancro polmonare non a piccole cellule (NSCLC) di fase IV. C'è un aumento dell'assorbimento nel tumore primario e nelle lesioni metastatiche. Oltre alla visualizzazione, la quantificazione dell'assorbimento dei radiotracciante gioca un ruolo importante nella gestione clinica dei pazienti. Indici quantitativi derivati da immagini PET che riflettono il grado di assorbimento dei radiotraccianti, come il valore di assorbimento standardizzato (SUV), i volumi metabolici e la glicolisi della lesione totale (TLG), possono essere utilizzati per fornire importanti informazioni prognostiche e misurare la risposta al trattamentoper diversi gruppi di pazienti 4,5,6. A questo proposito, l'imaging FDG-PET viene sempre più utilizzato per personalizzare la radioterapia e il trattamento sistemico nei pazienti oncologici7. Inoltre, è stato descritto l'uso di FDG-PET per il monitoraggio della tossicità indotta dal trattamento acuto, come l'esofagite indotta dalleradiazioni 8, la polmonite 9 e lerisposte infiammatorie sistemiche 10, e fornisce informazioni importanti per prendere decisioni di trattamento guidate dall'immagine.
Dato l'importante ruolo del PET per la gestione clinica dei pazienti, la qualità dell'immagine e l'accuratezza quantitativa sono importanti per guidare adeguatamente le decisioni di trattamento basate su immagini PET. Tuttavia, ci sono numerosi fattori tecnici che possono compromettere l'accuratezza quantitativa delle immagini PET11. Un fattore importante che può influenzare significativamente la quantificazione dell'immagine nel PET è legato ai tempi di acquisizione più lunghi del PET rispetto ad altre modalità di imaging radiologico, in genere diversi minuti per posizione del letto. Di conseguenza, i pazienti sono solitamente istruiti a respirare liberamente durante l'imaging PET. Il risultato è che le immagini pet soffrono di movimento indotto dalle vie respiratorie, che può portare a una significativa sfocatura degli organi situati all'interno del torace e dell'addome superiore. Questa sfocatura del movimento indotta dalle vie respiratorie può compromettere significativamente un'adeguata visualizzazione e precisione quantitativa dell'assorbimento dei radiotraccianti, che può influire sulla gestione clinica dei pazienti quando si utilizzano immagini PET per la diagnosi e la stadiazione, sulla definizione del volume target per le applicazioni di pianificazione del trattamento radio e sul monitoraggio della rispostaterapeutica 12.
Diversi metodi di ghiandolazione respiratoria sono stati sviluppati nel tentativo di correggere le immagini pet per i manufatti in movimentorespiratorio 13. Questi metodi possono essere classificati in strategie di gating prospettico, retrospettiva e basata sui dati. Le tecniche di ghiandolazione respiratoria prospettica e retrospettiva si basano in genere sull'acquisizione di un segnale surrogato respiratorio durante l'imaging PET14. Questi segnali surrogati respiratori vengono utilizzati per tracciare e monitorare il ciclo respiratorio del paziente. Esempi di dispositivi di tracciamento respiratorio sono il rilevamento di escursioni a parete toracicautilizzando sensori di pressione 12 o sistemi di tracciamento ottico (ad esempio, videocamere)15,termoaccoppie per misurare la temperaturadell'aria respirata 16e spirometri per misurare il flusso d'aria e quindi stimare indirettamente i cambiamenti di volume nei polmonidel paziente 17.
La gating respiratoria viene quindi in genere eseguita registrando continuamente e simultaneamente un segnale surrogato (designato S(t)), con i dati PET durante l'acquisizione dell'immagine. Utilizzando il segnale surrogato acquisito, è possibile selezionare i dati PET corrispondenti a una particolare fase respiratoria o intervallo di ampiezza (gating basato sull'ampiezza)12,13,18. La gating a base di fase viene eseguita dividendo ogni ciclo respiratorio in un numero fisso di porte, come illustrato nella figura 2a. La gating respiratoria viene quindi eseguita selezionando i dati acquisiti in una particolare fase durante il ciclo respiratorio del paziente da utilizzare per la ricostruzione dell'immagine. Analogamente, la gating basata sull'ampiezza si basa sulla definizione di un intervallo di ampiezza del segnale respiratorio, come mostrato nella figura 2b. Quando il valore del segnale respiratorio rientra nell'intervallo di ampiezza impostato, i corrispondenti dati listmode PET verranno utilizzati per la ricostruzione dell'immagine. Per gli approcci di gating retrospettiva, tutti i dati vengono raccolti e il ri binning dei dati PET viene eseguito dopo l'acquisizione dell'immagine. Sebbene i futuri metodi di attenuazione respiratoria utilizzino gli stessi concetti degli approcci retrospettivi per il ri-binning dei dati PET, questi metodi si basano sulla raccolta potenziale di dati durante l'acquisizione di immagini. Quando viene raccolta una quantità sufficiente di dati PET, l'acquisizione di immagini verrà finalizzata. La difficoltà di tali approcci prospettici e retrospettivi è mantenere una qualità dell'immagine accettabile senza prolungare significativamente i tempi di acquisizione delle immagini quando si verifica una respirazioneirregolare 13. A questo proposito, i metodi di ghiandolazione respiratoria a base di fase sono particolarmente sensibili ai modelli di respirazioneirregolare 13,19, in cui quantità significative di dati PET possono essere scartate a causa del rifiuto di trigger inappropriati, con conseguente notevole riduzione della qualità dell'immagine o allungamento inaccettabile del tempo di acquisizione delle immagini. Inoltre, quando vengono accettati trigger inappropriati, le prestazioni dell'algoritmo di gating respiratorio e quindi l'efficacia del rifiuto del movimento dalle immagini PET possono essere ridotte a causa del fatto che i cancelli respiratori sono definiti in diverse fasi del ciclo respiratorio, come descritto nella figura 2a. In effetti, è stato riferito che la ghiandolazione respiratoria basata sull'ampiezza è più stabile degli approcci basati sulla fase in caso di irregolarità nel segnale respiratorio13. Sebbene gli algoritmi di gating respiratorio basati sull'ampiezza siano più robusti in presenza di frequenze respiratorie irregolari, questi algoritmi sono più sensibili alla deriva di base del segnale respiratorio. La deriva del segnale di base può verificarsi a causa di numerosi motivi in cui la tensione muscolare del paziente (cioè la transizione di un paziente in uno stato più rilassato durante l'acquisizione dell'immagine) o il modello respiratorio cambia. Al fine di prevenire tale deriva basale del segnale, occorre fare attenzione ad attaccare in modo sicuro i sensori di tracciamento al paziente ed eseguire un monitoraggio regolare del segnale respiratorio.
Sebbene questi problemi siano noti, gli algoritmi tradizionali di gating respiratorio consentono solo un controllo limitato sulla qualità dell'immagine e di solito richiedono un allungamento significativo del tempo di acquisizione delle immagini o un aumento delle quantità di radiotracciante da somministrato al paziente. Questi fattori hanno portato all'adozione limitata di tali protocolli nella routine clinica. Al fine di aggirare questi problemi legati alla qualità variabile delle immagini recinta respiratorie, è stato proposto uno specifico tipo di algoritmo di gating basato sull'ampiezza, noto anche come gating respiratorio ottimale (ORG),18. La gating respiratoria con ORG consente all'utente di specificare la qualità dell'immagine delle immagini recinta respiratorie fornendo un duty cycle come input per l'algoritmo. Il duty cycle è definito come una percentuale dei dati acquisiti in modalità elenco PET utilizzati per la ricostruzione delle immagini. A differenza di molti altri algoritmi di gating respiratorio, questo concetto consente all'utente di determinare direttamente la qualità dell'immagine delle immagini PET ricostruite. In base al duty cycle specificato, viene calcolato un intervallo di ampiezza ottimale, che tiene conto delle caratteristiche specifiche dell'intero segnale surrogato respiratorio18. L'intervallo di ampiezza ottimale per uno specifico ciclo di servizio sarà calcolato iniziando con una selezione di valori diversi per il limite di ampiezza inferiore, designato (L), del segnale respiratorio. Per ogni limite inferiore selezionato, il limite di ampiezza superiore, designato (U), viene regolato in modo tale che la somma dei dati PET selezionati, definiti come dati acquisiti quando il segnale respiratorio rientra nell'intervallo di ampiezza (L
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Protocol
Tutte le procedure eseguite che coinvolgevano partecipanti umani erano conformi agli standard etici del comitato di revisione interno (IRB) del centro medico universitario di Radboud e con la dichiarazione di Helsinki del 1964 e i suoi successivi emendamenti o standard etici comparabili. L'algoritmo ORG è un prodotto specifico del fornitore ed è disponibile nella famiglia di scanner PET/CT mCT biograph di Siemens e nei più recenti modelli PET/CT.
1. Preparazione del paziente
- Anamnesi del paziente
- Controllare il nome e la data di nascita del paziente. I criteri di inclusione sono simili alla scansione PET non gated di routine. Non sono richiesti ulteriori criteri di in- o esclusione.
- Controllare l'etichetta consegnata con la siringa contenente il radiotracciante (nome, data di nascita e quantità di attività).
NOTA: La quantità di attività somministrata al paziente dipende dalla massa corporea del paziente e può variare tra le istituzioni (in questo protocollo si suggerisce una quantità di 3,2 MBq / kg). - Assicurarsi che le informazioni cliniche sul modulo di domanda siano corrette intervistando il paziente. Chiedi al paziente se ci sono stati recenti cambiamenti rilevanti nel trattamento o nei farmaci.
- Chiedi al paziente se ha il diabete mellito (DM). Nel caso in cui il paziente abbia dm, chiedi se ha seguito un'adeguata preparazione (cioè, nessuna somministrazione di insulina da lavoro breve meno di 4 ore prima della scansione PET o l'uso di agenti abbassatori della glicemia (come la metformina).
- Chiedi al paziente se ha allergie o utilizza anticoagulanti.
- Misurare la glicemia del paziente applicando una goccia di sangue ottenuta pungendo il lato della punta delle dita del paziente su una striscia di prova dedicata (il glucosio nel siero non deve superare 11,0 mmol / L).
- Spiegare le procedure di preparazione e imaging del paziente al paziente.
- Amministrazione del radiotracciante
- Accesso venoso sicuro al paziente inserendo una cannula venosa periferica in una delle vene antecubitali.
- Attaccare un sistema di arresto a tre strade con serratura Luer a una siringa da 20 ml contenente soluzione salina (questa è la siringa secondaria).
- Sciacquare il sistema di arresto a tre modi con soluzione salina (ai fini della deaerazione).
- Attaccare il cazzo di arresto a tre modi con la siringa alla fine della cannula venosa.
- Verificare se la cannula venosa è brevettata lavando con cura 10 mL di soluzione salina attraverso la cannula (chiedere al paziente se ha qualche lamentela durante il lavaggio).
- Attaccare la siringa contenente il radiotracciante (siringa primaria) al cazzo di arresto a tre. Ruotare le valvole del cazzo di arresto a tre vie in modo che la direzione del flusso del fluido attraverso il sistema funzioni dalla siringa contenente il radiotracciante alla cannula venosa periferica. Somministrare il radiotracciatore spingendo lentamente lo stantuffo della siringa (la siringa contenente il tracciante è posta in uno speciale contenitore schermato al piombo).
- Ruotare le valvole del cazzo di arresto a tre vie in modo tale che la siringa contenente salina sia collegata alla siringa primaria (che conteneva il radiotracciante) e sciacquare la siringa per risciacquare qualsiasi radiotracciante residuo dalla siringa.
- Ruotare le valvole del cazzo di arresto a tre vie e spingere lo stantuffo della siringa primaria per somministrare al paziente qualsiasi radiotracciante residuo rimasto nella siringa.
- Ripetere il passaggio 1.2.7. e 1.2.8. tre volte.
- Girare il cazzo di arresto a tre modi (per evitare il riflusso di sangue dalla vena del paziente) e staccare la siringa primaria. Attaccare una terza siringa contenente furosemide, girare di nuovo il cazzo a tre velocità e somministrare 0,5 g/Kg di furosemide (con una quantità massima di 10 mg) spingendo lo stantuffo della siringa. Rimuovere la cannula venosa periferica e applicare pressione sul sito di puntura utilizzando una benda sterile. Verificare se non vi è sanguinamento significativo e dal sito di puntura e fissare la benda utilizzando nastro medico.
- Incubazione del paziente
- Lasciare riposare il paziente in una posizione comoda, preferibilmente in una stanza scarsamente illuminata, per 50 minuti.
- Dopo 50 minuti, istruisi il paziente a annullare la vescica.
- A 55 minuti, scortare il paziente allo scanner e posizionare la supina del paziente con le braccia sul letto dello scanner. Utilizzare un supporto del braccio appropriato per renderlo il più confortevole possibile per il paziente. Se il paziente non è in grado di elevare le braccia, la scansione può essere eseguita con la posizione delle braccia accanto al paziente.
- Osservare il modello respiratorio del paziente e fissare la cintura respiratoria attorno al torace del paziente (di solito, la posizione appena sotto la gabbia toracica è ottimale). Assicurarsi che il sensore sia posizionato in un luogo in cui viene identificata l'escursione della parete addominale dopo l'ispezione visiva (di solito 5-7 cm dalla linea mediana). Fissare la cinghia intorno al paziente utilizzando il Velcro di chiusura basato sul sistema.
- Controllare sul display dello scanner se il segnale respiratorio rimane entro limiti dell'intervallo minimo e massimo (se il segnale respiratorio sta tagliando, fissare o stringere la cinghia in modo appropriato).
- Suggerimento: assicurarsi che la cintura sia fissata abbastanza stretta intorno al torace del paziente. Dato che i pazienti entrano in uno stato più rilassato dopo un po 'di tempo, il segnale respiratorio tende a cadere (deriva basale del segnale). Ciò impedisce al segnale di uscire dai limiti, mantenendo così un'alta qualità del segnale surrogato che viene utilizzato per la gating respiratoria.
- Iniziare la scansione a 60 minuti dopo il tempo di incubazione.
2. Acquisizione e ricostruzione di immagini
- Selezione del protocollo
- Selezionare il protocollo per tutto il corpo sullo scanner. Questo può essere fatto spostando il cursore sulla categoria di protocollo appropriata (indicata dai cerchi accanto all'icona del paziente nella scheda d'esame), e fare clic sul protocollo appropriato (Figura 3).
- Il protocollo di acquisizione org inizierà con una scansione scout (topogramma) del paziente. Per avviare l'acquisizione del topogramma, premere il tasto di avvio dello scanner (tasto rotondo giallo con un segno di radiazione) sulla casella di controllo dello scanner (Figura 4). Per interrompere o interrompere l'acquisizione del topogramma, premere rispettivamente il tasto di sospensione o arresto.
- Inizia pianificando le posizioni del letto in PET sul topogramma. Questa cosa può essere eseguita facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sul topogramma e impostando l'intervallo di scansione.
- Selezionare le posizioni del letto da correggere per il movimento respiratorio (Figura 5).
NOTA: Queste sono le posizioni del letto "recinta" che coprono il torace. Le posizioni del letto "recinta" sono registrate in listmode. A seconda dell'indicazione clinica, le posizioni del letto che coprono l'addome superiore possono anche essere recintate (ad esempio quando l'imaging è indicato per lesioni epatiche o pancreatiche). Per le posizioni del letto non recinta, è solo necessario registrare i sinogrammi per la ricostruzione dell'immagine. - Impostare il tempo di registrazione delle immagini per le posizioni del letto in PET (Figura 5).
NOTA: A seconda della quantità di attività iniettata, la durata della scansione delle posizioni del letto non gated deve essere adattata per produrre una qualità dell'immagine sufficiente. Inoltre, il tempo di registrazione delle posizioni del letto non gated in combinazione con il duty cycle utilizzato per la ricostruzione dell'immagine delle posizioni del letto recinta, viene determinato il tempo di registrazione delle posizioni del letto recinta. Ad esempio, per un duty cycle del 35%, allungando la scansione per fattore 3 si ottiene statistiche approssimativamente simili per le posizioni del letto gated e non gated. Il protocollo di imaging suggerito al Radboud University Medical Center è un tempo di registrazione per posizioni del letto non gated di 2 minuti, mentre per le posizioni del letto recinta il tempo di registrazione è di 6 minuti utilizzando un duty cycle del 35% - Dopo aver impostazione i parametri di acquisizione, tenere premuto il tasto di avvio (pulsante rotondo giallo con un segno di radiazione) sulla casella di controllo dello scanner e attendere che il letto dello scanner sia tornato nella posizione iniziale. Premere di nuovo il tasto di avvio per acquisire una TAC a bassa dose dal paziente (testa a piedi). Dopo aver acquisito la TAC, premere il tasto start per avviare la scansione PET.
- Durante l'acquisizione dell'immagine, controllare regolarmente il paziente e la qualità del segnale respiratorio (regolare la cintura respiratoria, se necessario).
NOTA: La regolazione della cintura deve essere eseguita solo quando non vengono acquisite posizioni respiratorie del letto recinta. Pertanto, le regolazioni devono essere fatte prima o dopo l'acquisizione di queste posizioni del letto. La regolazione della cinghia durante l'acquisizione della posizione del letto recinta influenzerà la qualità delle immagini ORG. È necessaria un'attenta osservazione del segnale respiratorio e l'eventuale regolazione della cintura respiratoria prima dell'acquisizione delle posizioni del letto recinta per contrastare qualsiasi deriva significativa del segnale durante la scansione PET.
- Ricostruzione dell'immagine
- Esaminare il segnale respiratorio acquisito e selezionare il duty cycle appropriato per le posizioni del letto recintato (Figura 6).
NOTA: L'intervallo di ampiezza utilizzato per la gating respiratoria si sovrappone al segnale respiratorio). Verificare la presenza di incostituzioni o derive di base nel segnale respiratorio che possono influenzare la qualità della ghiandola respiratoria. - Selezionare il protocollo di ricostruzione delle immagini ottimizzato per la visualizzazione (Figura 7). Questo è di solito un protocollo di ricostruzione delle immagini ad alta risoluzione con dimensioni voxel più piccole per il rilevamento di piccole lesioni. È importante rendersi conto che l'algoritmo ORG calcolerà l'intervallo di ampiezza ottimale utilizzando l'intero segnale respiratorio delle posizioni del letto selezionate. Sebbene diversi cicli di lavoro possano essere utilizzati per diverse posizioni del letto (ad esempio per correggere un segnale respiratorio di qualità variabile), non è consigliabile utilizzare cicli di lavoro diversi per diverse posizioni del letto, dato che ciò introdurrà variazioni nella qualità dell'immagine tra le diverse posizioni del letto.
NOTA: ecco un esempio di protocollo di ricostruzione delle immagini per la visualizzazione:- Algoritmo: TrueX + TOF (PET UltraHD)
- Numero di iterazioni:3
- Numero di sottoinsiemi: 21
- Dimensioni matrice: 400 × 400
- Filtraggio post-ricostruzione, kernel (Gaussiano 3D), metà larghezza completa massima (FWHM): 3,0 mm
- Duty cycle 35%
- Inoltre, ricostruire le immagini pet con un protocollo conforme all'iniziativa Research4Life (EARL) per l'imaging quantitativo in PET. Di solito si tratta di immagini a risoluzione inferiore con filtri post-ricostruzione specifici applicati.
NOTA: ecco un esempio di protocollo di ricostruzione delle immagini per la quantificazione delle immagini:- Algoritmo: TrueX + TOF (PET UltraHD)
- Numero di iterazioni: 3
- Numero di sottoinsiemi: 21
- Dimensioni matrice: 256
- Filtraggio post-ricostruzione, kernel (gaussiano 3D), metà larghezza completa massima (FWHM): 8,0 mm
- Duty cycle 35%
- Inviare le immagini ricostruite all'archivio PACS. Le immagini sono ora pronte per essere valutate dal medico di medicina nucleare
- Esaminare il segnale respiratorio acquisito e selezionare il duty cycle appropriato per le posizioni del letto recintato (Figura 6).
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Representative Results
L'uso di ORG nel PET si traduce in una riduzione complessiva della sfocatura delle immagini indotta dalle vie respiratorie. Ad esempio, in una valutazione clinica di pazienti con cancro polmonare a cellule non piccole (NSCLC), ORG ha portato al rilevamento di più lesioni polmonari e linfonodi ilar / mediastino20. Ciò è facilmente dimostrato nella figura 8 e nella figura 9, mostrando immagini in PET non gated e ORG di pazienti con NSCLC.
In particolare, org ha portato a cambiamenti di gestione nei pazienti con stadi iniziali della malattia (I-IIB) in cui il rilevamento di lesioni aggiuntive dei linfonodi può influenzare significativamente il trattamento prescritto e procedure diagnostiche aggiuntive richieste. Questi risultati sono confermati da uno studio condotto da van derGucht et al. L'uso di ORG ha portato al rilevamento di più lesioni nell'FDG-PET di pazienti con lesioni epatiche e localizzate periepticamente. Sebbene questi risultati supportano che l'uso dell'ORG può portare a una migliore diagnosi e stadiazione dei pazienti, l'esatto impatto clinico dell'ORG rimane poco chiaro.
La quantificazione dell'immagine è significativamente influenzata quando org è stato utilizzato per correggere le immagini PET per il movimento respiratorio, in particolare per le lesioni polmonari situate vicino al diaframma e alle regioni ilar dei polmoni. In uno studio che ha studiato gli effetti dell'ORG in 66 pazienti con cancro ai polmoni, c'è stato un aumento statisticamente significativo dell'assorbimento mediodelSUV (media SUV) nelle immagini ORG rispetto alle immagini PET non gated. Rispetto alle immagini pet non gated, le immagini ORG PET hanno mostrato un aumento dellamedia SUV del 6,2±12,2% (p<0,0001), 7,4±13,3% (p<3 0,0001), e 9,2±14,0% (p<0,0001), per cicli di servizio rispettivamente del 50%, 35% e 20%12.
Inoltre, quando è stata eseguita l'ORG è stata osservata una diminuzione statisticamente significativa dei volumi metabolici delle lesioni. Questi volumi sono stati segmentati utilizzando una regione che cresce soglia fissa (40% dell'algoritmo di segmentazione diassorbimentomassimo (SUV max)). In calo del 6,9±19,6% (p=0,02), 8,5±19,3% (p<0,000 1), e 11,3±20,2% (p<0,0001) per cicli di servizio rispettivamente del 50%, 35% e 20%12. Il significativo aumento dell'assorbimento e la diminuzione del volume metabolico indicano un'efficace rimozione della sfocatura dell'immagine indotta dalla respirazione dalle immagini PET quando viene eseguita org. Inoltre, è stato dimostrato che l'influenza dei manufatti del movimento respiratorio sulla quantificazione dell'assorbimento e del volume della lesione dipendeva dalla posizione anatomica. C'è stato solo un aumento significativo dellamedia SUV e una diminuzione del volume per le lesioni localizzate nei lobi polmonari inferiori e nelle lesioni localizzate centralmente (in particolare ilar). L'effetto della posizione anatomica è prontamente dimostrato nella figura 10, mostrando due diverse lesioni NSCLC in un singolo paziente. Inoltre, confrontando le immagini ORG PET ricostruite con un duty cycle del 35% con le loro immagini equivalenti non gated è emerso che i livelli di rumore dell'immagine sono comparabili, dimostrando che la qualità dell'immagine è mantenuta costante quando si utilizza ORG12.
La relazione tra il duty cycle e il rumore dell'immagine è stata dimostrata calcolando il coefficiente di variazione (COV) dell'assorbimento degli FDG nel parenchima polmonare non influenzato. Il COV nelle immagini non gated utilizzando tutti i dati disponibili era in media del 26,1±6,4%, mentre il COV nelle immagini ORG PET ricostruito con un duty cycle del 20% era del 39,4±7,5%. C'è stata una differenza non significativa nel COV tra le immagini ORG PET ricostruite con un duty cycle del 35% (32,8±6,4%) e le loro immagini equivalenti non gated (31,8±5,6%). La figura 11 mostra due diverse immagini ORG PET e PET non gated con diversa qualità statistica. Questa cifra dimostra che abbassare il duty cycle aumenta la quantità di rumore, mentre la qualità dell'immagine ORG PET ricostruita con un duty cycle del 35% e l'immagine equivalente non gated viene mantenuta costante. Sebbene l'ORG si traducono in una significativa riduzione del volume di lesione quantificata sulle immagini pet, la riduzione assoluta del volume non ha prodotto risparmi significativi della dose di radiazioni erogata agli organi a rischio (OAR) durante la pianificazione della radioterapia, come dimostrato in un altrostudio 22.
L'effetto sfocato del movimento respiratorio sta influenzando anche la quantificazione dell'eterogeneità intra-tumorale. In una coorte di 60 pazienti con NSCLC, ORG ha portato a differenze statisticamente significative nella quantificazione delle caratteristiche della consistenza delle lesioni nei lobi polmonari medi einferiori 23. Per le caratteristiche strutturali; enfasi ad alta intensità (HIE), entropia, percentuale di zona (ZP) e dissimilarità, l'incremento relativo è stato del 16,8% ± 17,2% (p = 0,006), dell'1,3% ± 1,5% (p = 0,02), del 2,3% ± 2,2% (p = 0,002), 11,6% ± 11,8% (p = 0,006) tra le immagini ORG PET e le loro immagini PET equivalenti non gated. La quantificazione dell'eterogeneità intra-tumorale non è stata significativamente influenzata per lesioni nei lobi polmonari superiori. La diminuzione media di queste caratteristiche strutturali è stata dell'1,0% ± 7,7% (p = 0,3), dello 0,35% ± dell'1,8% (p = 0,3), 1,3% 1,7% ± 13,2% (p = 0,4), e 0,4% ± 2,7% (p = 0,5), per dissimilarità, entropia, Ciao, e ZP rispettivamente. Inoltre, non vi è stata alcuna differenza significativa tra le immagini ORG e PET non gated per le lesioni localizzate centralmente, con un incremento medio dello 0,58% ± 3,7% (P = 0,6), del 5,0% ± 19,0% (P = 0,4), 0,59% ± 4,0% (P = 0,9), e 4,4% ± 27,8% (P = 0,4), per entropia, dissimilarità, ZP e HIE rispettivamente. Sebbene la quantificazione delle caratteristiche strutturali sia stata significativamente influenzata per lesioni situate nei lobi polmonari medi e inferiori, i modelli di regressione multivariata di Cox per la sopravvivenza non sono statisignificativamente influenzati 23. Oltre alla quantificazione dell'eterogeneità intra-tumorale delle lesioni polmonari, il movimento respiratorio può comportare cambiamenti significativi nella quantificazione dell'eterogeneità intra-tumorale delle lesioni situate nella regione addominale superiore. Ciò è facilmente dimostrato in uno studio che studia l'effetto dell'ORG sulla quantificazione dei pazienti con adenocarcinoma duttale pancreatico (PDAC)24. La rimozione degli artefatti del movimento respiratorio dalle immagini PET utilizzando ORG influisce notevolmente sulla quantificazione delle caratteristiche strutturali nelle lesioni PDAC. È stato osservato che la correlazione delle caratteristiche della trama calcolata con la sopravvivenza complessiva è stata significativamente influenzata.
Figura 1: a) Distribuzione fisiologica di 18F-fluorodeossiglicosi (FDG) in un paziente che è stato sottoposto a tomografia ad emissione di positroni (PET). C'è un assorbimento significativo di FDG nel cuore, nel cervello e nel fegato del paziente. b)Aumento dell'assorbimento degli FDG in più metastasi polmonari, linfonodiche e distanti in un paziente con tumore polmonare a cellule non piccole allo stadio IV (NSCLC), a dimostrazione dell'assorbimento preferenziale dell'FDG nelle lesioni tumorali rispetto alla maggior parte degli altri tessuti non colpiti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Gating a base di fase e ampiezza nella tomografia ad emissione di positroni (PET). a) Gating a base di fase, b) gating basato sull'ampiezza e c) gating respiratorio ottimale (ORG). Durante la gating a base di fase, ogni ciclo respiratorio è suddiviso in un numero fisso di cancelli (in questo caso 4). I dati raccolti in un cancello specifico verranno utilizzati per ricostruire un'immagine da cui verranno rimossi i principali componenti del movimento respiratorio. La gating basata sull'ampiezza si basa sulla definizione di un limite di ampiezza superiore e inferiore. Gli approcci di gating respiratoria basati sull'ampiezza in genere si basano sulla specifica di un intervallo di ampiezza da parte dell'utente. I dati raccolti quando i segnali respiratori rientrano nell'intervallo di ampiezza definito verranno utilizzati per la ricostruzione dell'immagine. L'algoritmo org (Respiratory Gating) ottimale utilizza un approccio basato sull'ampiezza e calcolerà un intervallo di ampiezza ottimale in base al duty cycle (percentuale dei dati PET necessari per la ricostruzione dell'immagine) fornito. L'intervallo di ampiezza più piccolo che contiene ancora la quantità specificata di dati necessari per la ricostruzione dell'immagine (somma totale delle aree ombreggiate in blu) viene selezionato come intervallo di ampiezza ottimale (W). Per raggiungere questo obiettivo, l'algoritmo ORG regola il limite superiore (U) per diversi valori del limite inferiore (L). In generale, l'aumento del numero di cancelli o la riduzione dell'intervallo di ampiezza si tradurrà in un rifiuto più efficace del movimento respiratorio a costo di un aumento del rumore dell'immagine. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Selezione del protocollo di imaging appropriato. È possibile selezionare un protocollo di imaging predefinito selezionando un protocollo da una categoria specifica (sovrascriendo il mouse sulle categorie di protocollo (indicate dalla casella rossa) e selezionando un protocollo dal menu a discesa. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Tasti diversi sulla scatola di controllo degli scanner Siemens mCT e Horizon PET/CT. 1) Move Key, utilizzato per spostare la tabella del paziente nella posizione di misurazione successiva, 2) Scaricare la chiave del paziente: utilizzato per spostare la tabella del paziente nella posizione di scarico dopo l'acquisizione dell'immagine, 3) Tasto di avvio: Utilizzato per attivare una scansione, il segnale di avviso di radiazione (4) si accenderà durante l'acquisizione dell'immagine, 4) Spia di avviso di radiazione: indica e fornisce un segnale di avvertimento quando il tubo a raggi X è attivato, 5) Tasto di sospensione: utilizzato per mantenere la procedura di scansione. Questo è il metodo preferito per interrompere una scansione prima del completamento. L'opzione di sospensione consente il riavvio del protocollo di immagine nel momento in cui è stato interrotto, 6) Ascoltare il tasto paziente: Premere questo tasto per ascoltare il paziente, il diodo luminoso indica che la connessione di ascolto è attiva, premere nuovamente questo tasto per rilasciare la connessione di ascolto, 7) Altoparlante, 8) Chiamare il tasto del paziente: tenere premuto questo tasto mentre si parla al microfono (10) per fornire istruzioni al paziente, 9) Tasto di arresto: Utilizzato per interrompere immediatamente la procedura di scansione, utilizzata in caso di emergenza, 10) Microfono. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Dopo l'acquisizione del topogramma, è necessario specificare il tempo di acquisizione di diverse posizioni del letto (nella scheda "Routine"). In questo esempio, le posizioni del letto recinta vengono registrate per 6 minuti (letto 2), mentre le posizioni del letto non recinta vengono acquisite in 2 minuti (letto 1 e 3). Le posizioni del letto recinta (evidenziate in arancione nel topogramma) possono essere impostate impostando l'opzione 'Physio' su 'On' nella seconda colonna. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: La forma d'onda respiratoria del paziente viene visualizzata nella parte superiore del cruscotto insieme a un istogramma della frequenza respiratoria (parte inferiore) nella scheda "Trigger". Il duty cycle può essere selezionato dal menu a discesa a destra (in questo caso 35%). Questo protocollo ha un tempo di acquisizione dell'immagine standard di 6 minuti per posizione del letto per le posizioni del letto recinta e di 2 minuti per le posizioni del letto non recinta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: Selezione del protocollo di ricostruzione delle immagini (scheda 'Ricogni'), è possibile specificare i dettagli della ricostruzione dell'immagine per ogni protocollo compilando i campi pertinenti. Per la visualizzazione, si consiglia un protocollo di ricostruzione delle immagini ad alta risoluzione per fornire dettagli nelle immagini PET ricostruite. Per la quantificazione dell'assorbimento del radiotracciatore sulle immagini PET, si consiglia l'uso di un protocollo di ricostruzione conforme a EARL. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: Immagini FDG-PET-CT gated (ORG) non gated e ottimali di un paziente con cancro polmonare a cellule non piccole (NSCLC). Questa figura mostra le immagini non gated (a) e ORG PET (b) di un linfonodo ilar nella stazione X in un paziente con una lesione NSCLC solitaria nel lobo inferiore sinistro. L'immagine ORG PET è ricostruita con un duty cycle del 35%. La riduzione degli effetti sfocati del movimento respiratorio avrebbe comportato l'aumento di questo paziente da cT1N0M0 a cT1N1M0 e il requisito per la valutazione istologica del linfonodo ilar utilizzando ultrasuoni endobronchiali (EBUS). Questa cifra è stata modificata da Grootjans et al. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: Immagine non gated (a) e ottimale gated respiratoria (ORG) (b) FDG-PET-CT di una lesione NSCLC primaria e lesione satellitare nell'hilum polmonare destro. La lesione primaria è indicata da una 'p' mentre la lesione satellitare è indicata da una 's' in questa figura. La gating respiratoria in questo paziente ha portato a un migliore recupero del contrasto delle lesioni satellitari adiacenti alla lesione primaria. La presenza della lesione è stata confermata sull'imaging TC di follow-up, anche se questi risultati non avrebbero avuto un impatto significativo sulla gestione clinica per questo paziente, ORG ha portato al rilevamento di lesioni polmonari aggiuntivi. Questa cifra è stata modificata da Grootjans et al. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10: Immagini FDG-PET-CT non gated e ottimali gated respiratorie (ORG) di un paziente con lesioni NSCLC nel lobo inferiore sinistro e nell'hilum polmonare. Questo esempio mostra l'effetto della sfocatura del movimento indotta dalla respirazione sulla visualizzazione e sulla quantificazione delle lesioni NSCLC. a) Immagine PET non gated raffigurante una lesione nel lobo inferiore sinistro, b) Immagine ORG PET, ricostruita con un duty cycle del 35% di una lesione nel lobo inferiore sinistro, c) Immagine PET non recintata raffigurante una lesione nell'hilum polmonare sinistro, d) Immagine IN PET ORG, ricostruita con un duty cycle del 35% di una lesione nell'ilum polmonare sinistro. In questo paziente, la lesione situata nell'hilum polmonare è sottoposta a un notevole movimento indotto dalla respirazione, mostrando un grande effetto sulla quantificazione dell'assorbimento della lesione e del volume metabolico quando viene eseguita org. Per questa lesione è stato osservato un aumento del valore medio standardizzato di assorbimento (SUVmean) del 31,9% e una diminuzione del volume metabolico del 23,0%. L'effetto del movimento respiratorio sulla quantificazione dell'assorbimento e del volume della lesione è stato rispettivamente del 5,3% e dell'1,9% per la lesione nel lobo polmonare superiore. Questa cifra è stata modificata da Grootjans et al. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 11: Confronto tra immagini PET gated (ORG) e PET non gated ottimali con diverse statistiche di conteggio in un paziente con cancro al polmone non a piccole cellule (NSCLC) di stadio IV. Nella colonna di sinistra (a e c) vengono visualizzate le immagini PET non gated ricostruite con tutti i dati registrati (a) e il 35% (c). Il confronto delle immagini a e c rivela che i livelli di rumore aumentano quando si utilizza meno dati per la ricostruzione delle immagini, particolarmente evidenti nelle aree di assorbimento relativamente omogeneo, come il fegato (indicato con un asterisco '*'). La colonna a destra (b e d ) mostrale immagini ORG PET ricostruite con il 50% e il 35% del duty cycle. Queste immagini mostrano che la quantità di rumore aumenta quando il duty cycle viene abbassato. Confrontando l'immagine PET non gated ( c )conil suo equivalente ORG PET ( d ) emergechel'effetto di sfocatura indotto dalle vie respiratorie è ridotto nell'immagine ORG, che si riflette nella dimensione apparente della lesione metastatica nella ghiandola surrenale (indicata con un segno più '+') e calici renali del rene sinistro (indicato con una 'x'). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Nella comunità della medicina nucleare, gli effetti deteriorati dei manufatti del movimento respiratorio nell'imaging PET sono stati ben riconosciuti per molto tempo. È stato dimostrato in molti studi che l'effetto sfocato dei manufatti del movimento respiratorio può influenzare significativamente la quantificazione dell'immagine e la rilevabilità della lesione. Sebbene siano stati sviluppati diversi metodi di ghiandolazione respiratoria, la gating respiratoria non è attualmente ampiamente utilizzata nella pratica clinica. Ciò è dovuto in particolare a una qualità dell'immagine variabile risultante, a un prolungamento inaccettabile dei tempi di acquisizione delle immagini e all'integrazione non ideale del gating respiratorio in un protocollo clinico di imaging completo del corpo. Il vantaggio di ORG è che consente una comoda integrazione in un protocollo standard di imaging PET per tutto il corpo, rendendo possibile integrare senza soluzione di continuità più posizioni del letto gated e non gated in un'unica immagine. Inoltre, l'algoritmo ORG tiene conto delle caratteristiche specifiche dell'intero segnale respiratorio, come le fasi di plateau, nel calcolo dell'intervallo di ampiezza ottimale, mentre l'utente ha la capacità di specificare direttamente la qualità dell'immagine delle immagini PET ricostruite specificando il duty cycle. Tuttavia, simile a molti altri metodi di ghiandolazione respiratoria, ORG richiede l'uso di sensori esterni che vengono utilizzati per eseguire la gating respiratoria. Inoltre, a seconda del duty cycle utilizzato, una notevole quantità di dati PET viene scartata e non utilizzata per la ricostruzione dell'immagine finale. Pertanto, il successo della gating respiratoria con ORG si basa su un adeguato tracciamento del movimento respiratorio utilizzando sensori esterni e allungando i tempi di acquisizione delle immagini o la quantità di attività somministrata ai pazienti. La difficoltà legata all'uso di sensori ha ispirato lo sviluppo di gating respiratorie data-driven, o senza sensoriapprocci 25,26,27. Queste tecniche basate sui dati omettono il requisito di un segnale surrogato esterno estraendo informazioni sul movimento respiratorio dai dati in modalità elenco PET stessi. Tali tecniche basate sui dati sono state sviluppate da più fornitori di PET e sono state proposte come alternative clinicamente applicabili ai metodi basati su sensori, facilitando la formazione respiratoria pet di routine nella pratica clinica.
Oltre ad estrarre esclusivamente informazioni relative al movimento respiratorio dai dati PET, metodi più nuovi consentono l'uso di tutti i dati PET registrati per la ricostruzione delle immagini28. Queste ricostruzioni di immagini compensate dal movimento vengono eseguite trasformando elasticamente i dati PET da diverse fasi respiratorie a un'unica immagine da cui vengono rimossi i manufatti in movimento. Rispetto alla tradizionale gating respiratoria basata su sensori, la ricostruzione compensata dal movimento non richiede un allungamento del tempo di acquisizione dell'immagine e impedisce l'uso di hardware aggiuntivo durante la gating. Questi metodi rimuovono efficacemente il movimento respiratorio dalle immagini PET mantenendo la qualitàdell'immagine 29. Inoltre, con l'emergere della PET ibrida e dell'imaging a risonanza magnetica (MR), sono stati sviluppati diversi metodi che utilizzano informazioni di movimento derivate da MR per correggere le immagini PET30,31,32,33. Sebbene questi metodi siano esistiti da qualche tempo in un contesto di ricerca, i primi metodi di misurazione respiratoria basati sui dati sono entrati nel mercato. Tuttavia, la maggior parte di questi metodi sono ancora in fase di sviluppo attivo e miglioramento continuo e sono necessari studi clinici più grandi per valutare le prestazioni e la robustezza di tali algoritmi.
Sebbene i metodi di gating respiratorio si concentri principalmente sulla correzione delle immagini PET per i manufatti in movimento respiratorio, questi algoritmi di solito non prendono in considerazione i dati TC acquisiti. Nella pratica clinica, la TC a basse dosi (LD) viene solitamente eseguita senza fornire istruzioni per la respirazione. La registrazione di un LDCT acquisito quando il paziente respira liberamente può comportare una significativa mancata corrispondenza spaziale tra PET respiratorio gated e LDCT, in particolare per le strutture anatomiche che si muovono durante la respirazione34. Oltre a localizzare accuratamente l'assorbimento dei radiotracciante, l'LDCT viene utilizzato per la correzione dell'attenuazione delle immagini PET. Pertanto, l'effetto di una mancata corrispondenza spaziale tra PET e TC può introdurre profonde imprecisioni quantitative nel PET, in particolare quando l'assorbimento dei radiotraccianti si trova vicino a strutture con grandi differenze di densità, come il tessuto polmonare e osseo. Diversi autori hanno studiato diversi metodi per sincronizzare l'acquisizione di immagini per ridurre la mancata corrispondenza spaziale tra immagini PET e CT. Un metodo proposto prevede di fornire istruzioni di respirazione al paziente durante l'acquisizione della TC. Sebbene le istruzioni standard per la respirazione TC in combinazione con ORG non hanno prodotto un miglioramento della corrispondenza spaziale tra CT e PET35,le istruzioni specifiche del paziente basate sullo stesso segnale respiratorio e sulla stessa gamma di ampiezza utilizzata per ORG hanno determinato un miglioramento generale della corrispondenza spaziale tra PET e CT36. Tuttavia, questi metodi sono sensibili alle variazioni nelle istruzioni dell'operatore e nell'interpretazione del paziente. Risultati migliorati sono stati ottenuti eseguendo sessioni di allenamento con il paziente prima dell'imaging PET-CT. Tuttavia, dato che alcuni pazienti hanno difficoltà a rispettare queste istruzioni respiratorie a causa di una condizione fisica compromessa, il successo potrebbe rimanere variabile in un contesto clinico. Altri approcci includono l'uso di TC innescata dalle vie respiratorie, in cui il segnale respiratorio viene utilizzato per innescare l'acquisizionedi TC 34. Questo approccio in combinazione con ORG ha portato a una significativa riduzione della mancata corrispondenza spaziale tra immagini PET e CT. In uno studio di valutazione di un innescato a un protocollo CT standard ha mostrato un aumento della media di SUVmax e SUV del 5,7% ± 11,2% (P < 0,001) e 6,1% ± 10,2% (P = 0,001), rispettivamente. Sebbene sia stata proposta una TC 4D completa per abbinare le immagini PET e TC, tali strategie non sono applicabili nella pratica clinica di routine data un'esposizione inaccettabilmente elevata alle radiazioni al paziente. Diversi metodi per ridurre la mancata corrispondenza spaziale tra immagini PET e TC sono ancora in fase di valutazione per la loro efficacia e utilità clinica.
Sebbene il movimento respiratorio influenzi significativamente la quantificazione dell'immagine delle immagini PET, rimangono molti altri fattori tecnici che devono essere presi in considerazione al fine di mantenere la riproducibilità e l'accuratezza quantitativa delle immagini PET11. Questi fattori sono correlati alla preparazione del paziente, alle impostazioni di acquisizione dell'imaging e ai protocolli di ricostruzione. È importante aderire a rigorosi protocolli di acquisizione, tra cui l'uso di procedure simili di preparazione del paziente, la valutazione dell'assorbimento del radiotracciatore in specifici punti di tempo e i parametridi scansione e ricostruzione 11,37. A questo proposito, l'Associazione europea di medicina nucleare (EANM) fornisce linee guida sull'FDGPET-CT quantitativo per confronti multicentrici. È stato dimostrato che l'armonizzazione dei protocolli di imaging utilizzando linee guida standardizzate si traduce in una migliore comparabilità complessiva delle immagini PET di diverseistituzioni 38.
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Disclosures
Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
Acknowledgments
Gli autori ringraziano Richard Raghoo per aver fornito le immagini pet mostrate nella figura 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 |
References
- Kostakoglu, L., Agress, H., Goldsmith, S. J. Clinical Role of FDG PET in Evaluation of Cancer Patients. Radiographics. 23 (2), 315-340 (2003).
- Grootjans, W., et al. PET in the management of locally advanced and metastatic NSCLC. Nature Reviews Clinical Oncology. 12 (7), 395-407 (2015).
- Croteau, E., et al. PET Metabolic Biomarkers for Cancer. Biomarkers in Cancer. 8, Suppl 2 61-69 (2016).
- Vlenterie, M., et al. Early Metabolic Response as a Predictor of Treatment Outcome in Patients With Metastatic Soft Tissue Sarcomas. Anticancer Research. 39 (3), 1309-1316 (2019).
- Barrington, S. F., Meignan, M. A. Time to prepare for risk adaptation in lymphoma by standardising measurement of metabolic tumour burden. Journal of Nuclear Medicine. 60 (8), 1096-1102 (2019).
- Grootjans, W., et al. Performance of automatic image segmentation algorithms for calculating total lesion glycolysis for early response monitoring in non-small cell lung cancer patients during concomitant chemoradiotherapy. Radiotherapy and Oncology. 119 (3), 473-479 (2016).
- Grootjans, W., Geus-Oei, L. F., Bussink, J. Image-guided adaptive radiotherapy in patients with locally advanced non-small cell lung cancer: the art of PET. Quarterly Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 62 (4), 369-384 (2018).
- Everitt, S., et al. Acute radiation oesophagitis associated with 2-deoxy-2-[18F]fluoro-d-glucose uptake on positron emission tomography/CT during chemo-radiation therapy in patients with non-small-cell lung cancer. Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology. 61 (5), 682-688 (2017).
- Castillo, R., et al. Pre-radiotherapy FDG PET predicts radiation pneumonitis in lung cancer. Radiation Oncology. 74 (9), 1-10 (2014).
- Lee, J. W., Seo, K. H., Kim, E. S., Lee, S. M. The role of 18F-fluorodeoxyglucose uptake of bone marrow on PET/CT in predicting clinical outcomes in non-small cell lung cancer patients treated with chemoradiotherapy. European Radiology. 27 (5), 1912-1921 (2017).
- Aide, N., et al. EANM/EARL harmonization strategies in PET quantification: from daily practice to multicentre oncological studies. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 44, Suppl 1 17-31 (2017).
- Grootjans, W., et al. Amplitude-based optimal respiratory gating in positron emission tomography in patients with primary lung cancer. European Radiology. 24 (12), 3242-3250 (2014).
- Dawood, M., Büther, F., Lang, N., Schober, O., Schäfers, K. P. Respiratory gating in positron emission tomography: A quantitative comparison of different gating schemes. Medical Physics. 34 (7), 3067 (2007).
- Fayad, H., Lamare, F., Thibaut, M., Visvikis, D. Motion correction using anatomical information in PET/CT and PET/MR hybrid imaging. Quarterly Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 60 (1), 12-24 (2016).
- Nehmeh, S. A., et al. A novel respiratory tracking system for smart-gated PET acquisition. Medical Physics. 38 (1), 531-558 (2011).
- Boucher, L., Rodrigue, S., Lecomte, R., Bénard, F. Respiratory Gating for 3-Dimensional PET of the Thorax: Feasibility and Initial Results. Journal of Nuclear Medicine. 45 (2), 214-229 (2004).
- Kokki, T., et al. Linear relation between spirometric volume and the motion of cardiac structures: MRI and clinical PET study. Journal of Nuclear Cardiology. 23 (3), 475-485 (2016).
- van Elmpt, W., et al. Optimal gating compared to 3D and 4D PET reconstruction for characterization of lung tumours. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 38 (5), 843-855 (2011).
- Tsutsui, Y., et al. Accuracy of amplitude-based respiratory gating for PET/CT in irregular respirations. Annals of Nuclear Medicine. 28 (8), 770-779 (2014).
- Grootjans, W., et al. The impact of respiratory gated positron emission tomography on clinical staging and management of patients with lung cancer. Lung Cancer. 90 (2), 217-223 (2015).
- Van Der Gucht, A., et al. Impact of a new respiratory amplitude-based gating technique in evaluation of upper abdominal PET lesions. European Journal of Radiology. 83 (3), 509-515 (2014).
- Wijsman, R., et al. Evaluating the use of optimally respiratory gated 18F-FDG-PET in target volume delineation and its influence on radiation doses to the organs at risk in non-small-cell lung cancer patients. Nuclear Medicine Communications. 37 (1), 66-73 (2016).
- Grootjans, W., et al. The Impact of Optimal Respiratory Gating and Image Noise on Evaluation of Intratumor Heterogeneity on 18F-FDG PET Imaging of Lung Cancer. Journal of Nuclear Medicine. 57 (11), 1692-1698 (2016).
- Smeets, E. M. M., et al. Optimal respiratory-gated [18F]FDG PET/CT significantly impacts the quantification of metabolic parameters and their correlation with overall survival in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research. 9 (1), 1-10 (2019).
- Büther, F., Vehren, T., Schäfers, K. P., Schäfers, M. Impact of Data-driven Respiratory Gating in Clinical PET. Radiology. 281 (1), 229-238 (2016).
- Feng, T., et al. Self-Gating: An Adaptive Center-of-Mass Approach for Respiratory Gating in PET. IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (5), 1140-1148 (2018).
- Schleyer, P. J., O'Doherty, M. J., Marsden, P. K. Extenstion of a data-driven gating technique to 3D, whole body PET studies. Physics in Medicine & Biology. 56 (13), 3953-3965 (2011).
- Lamare, F., Fayad, H., Fernandez, P., Visvikis, D. Local respiratory motion correction for PET/CT imaging: Application to lung cancer. Medical Physics. 42 (10), 5903-5912 (2015).
- Lamare, F., et al. List-mode-based reconstruction for respiratory motion correction in PET using non-rigid body transformations. Physics in Medicine & Biology. 52 (17), 5187-5204 (2007).
- Manber, R., et al. Clinical Impact of Respiratory Motion Correction in Simultaneous PET/MR, Using a Joint PET/MR Predictive Motion Model. Journal of Nuclear Medicine. 59 (9), 1467-1473 (2018).
- Rank, C. M., et al. Respiratory motion compensation for simultaneous PET/MR based on highly undersampled MR data. Medical Physics. 43 (12), 6234-6245 (2016).
- Küstner, T., et al. MR-based respiratory and cardiac motion correction for PET imaging. Medical Image Analysis. 42, 129-144 (2017).
- Fayad, H., et al. The use of a generalized reconstruction by inversion of coupled systems (GRICS) approach for generic respiratory motion correction in PET/MR imaging. Physics in Medicine & Biology. 60 (6), 2529-2546 (2015).
- van der Vos, C. S., et al. Improving the Spatial Alignment in PET/CT Using Amplitude-Based Respiration-Gated PET and Respiration-Triggered CT. Journal of Nuclear Medicine. 56 (12), 1817-1822 (2015).
- van der Vos, C. S., et al. Comparison of a Free-Breathing CT and an Expiratory Breath-Hold CT with Regard to Spatial Alignment of Amplitude-Based Respiratory-Gated PET and CT Images. Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (4), 269-273 (2014).
- van der Vos, C. S., Meeuwis, A. P. W., Grootjans, W., de Geus-Oei, L. F., Visser, E. P. Improving the spatial alignment in PET/CT using amplitude-based respiratory-gated PET and patient-specific breathing-instructed CT. Journal of Nuclear Medicine Technology. 47 (2), 154-159 (2018).
- Houdu, B., et al. Why harmonization is needed when using FDG PET/CT as a prognosticator: demonstration with EARL-compliant SUV as an independent prognostic factor in lung cancer. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46 (2), 421-428 (2019).
- Kaalep, A., et al. EANM/EARL FDG-PET/CT accreditation - summary results from the first 200 accredited imaging systems. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 45 (3), 412-422 (2018).
