Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Cancer Research
Click here for the English version

Cancer Research

ניהול חפצי תנועה נשימתית ב-18 טומוגרפיהשל פליטת פוזיטרונים F-fluorodeoxyglucose באמצעות אלגוריתם גת נשימתי אופטימלי המבוסס על משרעת

Published: July 23, 2020 doi: 10.3791/60258
Automatic Translation
1, 2, 2, 2
1Department of Radiology, Leiden University Medical Centre, 2Department of Radiology and Nuclear Medicine, Radboud University Medical Centre

Summary

גת נשימה אופטימלית מבוססת משרעת (ORG) מסירה ביעילות טשטוש תנועה הנגרם על ידי הנשימה מתמונות קליניות של 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) של פליטת פוזיטרונים (PET). תיקון תמונות FDG-PET עבור חפצי תנועה נשימתיים אלה משפר את איכות התמונה, האבחון והדיוק הכמותי. הסרת חפצי תנועה נשימתית חשובה לניהול קליני הולם של חולים המשתמשים ב- PET.

Abstract

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת של קרני רנטגן (CT) היא פלטפורמת הדמיה מולקולרית חשובה הנדרשת לאבחון מדויק ולבימוי קליני של מגוון מחלות. היתרון של הדמיה PET הוא היכולת לדמיין ולכומת מספר עצום של תהליכים ביולוגיים ב vivo עם רגישות ודיוק גבוהים. עם זאת, ישנם גורמים רבים הקובעים את איכות התמונה ואת הדיוק הכמותי של תמונות PET. אחד הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על איכות התמונה בהדמיית PET של בית החזה והבטן העליונה הוא תנועה נשימתית, וכתוצאה מכך טשטוש תנועה הנגרמת על ידי נשימה של מבנים אנטומיים. תיקון של חפצים אלה נדרש כדי לספק איכות תמונה אופטימלית ודיוק כמותי של תמונות PET.

פותחו מספר טכניקות גת נשימתיות, בדרך כלל תוך הסתמכות על רכישת אות נשימתי בו זמנית עם נתוני PET. בהתבסס על אות הנשימה שנרכש, נתוני PET נבחרים לשחזור תמונה ללא תנועה. למרות שיטות אלה הוכחו להסיר ביעילות חפצי תנועה נשימתית מתמונות PET, הביצועים תלויים באיכות האות הנשימתי הנרכש. במחקר זה, נדון השימוש באלגוריתם מגת נשימתי אופטימלי (ORG) המבוסס על משרעת. בניגוד לאלגוריתמים רבים אחרים של גת נשימתית, ORG מאפשרת למשתמש לשלוט באיכות התמונה לעומת כמות התנועה שנדחתה בתמונות PET המשוחזרות. הדבר מושג על ידי חישוב טווח משרעת אופטימלי המבוסס על אות הפונדקאית הנרכשת ומחזור עבודה שצוין על-ידי המשתמש (אחוז נתוני PET המשמשים לשחזור תמונה). טווח משרעת אופטימלי מוגדר כטווח משרעת הקטן ביותר עדיין המכיל את כמות נתוני PET הנדרשים לשחזור תמונה. הוכח כי תוצאות ORG בהסרה יעילה של טשטוש תמונה הנגרמת על ידי נשימה בהדמיית PET של בית החזה והבטן העליונה, וכתוצאה מכך איכות תמונה משופרת ודיוק כמותי.

Introduction

טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת רנטגן (CT) הוא כלי הדמיה מקובל בפועל קליני לאבחון מדויק ובימוי קליני של מגוון רחב שלמחלות 1. היתרון של הדמיה PET הוא היכולת לדמיין ולכומת מספר עצום של תהליכים ביולוגיים ב vivo עם רגישות גבוהה ודיוק2. זה מושגת באמצעות מתן דרך הווריד תרכובת שכותרתו רדיואקטיבית, הידוע גם בשם radiotracer, למטופל. בהתאם radiotracer בשימוש, מאפייני רקמות כגון חילוף החומרים של גלוקוז, התפשטות הסלולר, מידת היפוקסיה, הובלת חומצות אמינו, ביטוי של חלבונים וקוולטנים, ניתן לדמייןולכומת 2.

למרות מספר radiotracers פותחו, מאומת, בשימוש בפועל קליני, אנלוגי גלוקוז רדיואקטיבי 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) הוא רדיוטרטר בשימוש הנפוץ ביותר בפועל קליני. בהתחשב בכך ש- FDG מצטבר בעיקר בתאים עם קצב גליקוליטי גבוה (כלומר, תאים עם ספיגת גלוקוז גבוהה והמרה לפירובט לייצור אנרגיה), ניתן להפלות רקמות עם מצבים מטבוליים שונים. בדומה לגלוקוז, השלב הראשון של ספיגת FDG הוא הובלה מהמרחב החוץ-תאי מעל קרום הפלזמה לחלל האינטר-תאי, המתאפשר על ידי מובילי גלוקוז (GLUT)3. ברגע שה-FDG נמצא במרחב האינטר-תאי, זרחון על ידי הקסוקינאס יגרום לדור של FDG-6-פוספט. עם זאת, בניגוד לגלוקוז-6-פוספט, FDG-6-פוספט לא יכול להיכנס למחזור קרבס לפירוק אירובי נוסף עקב היעדר קבוצת הידרוקסיל (OH) בתמונת הפחמן השנייה (2'). בהתחשב בכך התגובה ההפוך, dephosphorylation של FDG-6-פוספט בחזרה FDG, בקושי מתרחשת ברוב הרקמות, FDG-6-פוספט לכודתאית 3. לכן, מידת ספיגת ה- FDG תלויה בביטוי של GLUT (בפרט GLUT1 ו- GLUT3) על קרום הפלזמה, ובפעילות האנזימטית התאית של ההקסוקינאזות. הרעיון של ספיגה מתמשכת זו לכידות של FDG נקרא לכידות מטבולית. העובדה כי FDG מצטברת ברקמות עם פעילות מטבולית מוגברת מוצגת איור 1a, המדגים את ההתפלגות הפיזיולוגית של FDG בחולה. תמונה זו FDG-PET מראה ספיגה גבוהה יותר ברקמות הלב, המוח והכבד, אשר ידועים להיות איברים פעילים מטבולית בתנאים נורמליים.

הרגישות הגבוהה לגילוי הבדלים במצב חילוף החומרים של הרקמות הופכת את FDG לרדיוטרקס מצוין להפלות נורמלי מרקמות חולה, בהתחשב בכך שמטבוליזם שהשתנה הוא סימן היכר חשוב למחלות רבות. זה מתואר בקלות איור 1b, מראה תמונה FDG-PET של חולה עם סרטן ריאות תאים לא קטנים בשלב IV (NSCLC). יש ספיגה מוגברת בגידול העיקרי, כמו גם נגעים גרורתיים. בנוסף להדמיה, כימות ספיגת radiotracer ממלא תפקיד חשוב בניהול קליני של חולים. מדדים כמותיים הנגזרים מתמונות PET המשקפות את מידת ספיגת radiotracer, כגון ערך ספיגה מתוקן (SUV), נפחים מטבוליים, גליקוליזה הנגע הכולל (TLG), ניתן להשתמש כדי לספק מידע פרוגנוסטי חשוב ולמדוד תגובה לטיפולעבור קבוצות חולים שונות 4,5,6. בהקשר זה, הדמיה FDG-PET משמש יותר ויותר כדי להתאים אישית הקרנות וטיפול מערכתי בחולים אונקולוגיים7. יתר על כן, השימוש ב- FDG-PET לניטור רעילות הנגרמת על ידי טיפול אקוטי, כגון דלקת הוושט הנגרמת עלידי קרינה 8, דלקת ריאות9 ותגובות דלקתיות מערכתיות 10, תוארה ומספקת מידע חשוב לקבלת החלטות טיפול מונחות תמונה.

בהתחשב בתפקיד החשוב של PET לניהול קליני של חולים, איכות התמונה ודיוק כמותי חשובים להנחיית החלטות הטיפול כראוי המבוססות על תמונות PET. עם זאת, ישנם גורמים טכניים רבים שיכולים להתפשר על דיוק כמותי של תמונות PET11. גורם חשוב שיכול להשפיע באופן משמעותי על כימות התמונה ב PET קשורה זמני הרכישה הארוכים יותר של PET לעומת דרכים אחרות הדמיה רדיולוגית, בדרך כלל כמה דקות לכל תנוחת המיטה. כתוצאה מכך, חולים מונחים בדרך כלל לנשום בחופשיות במהלך הדמיה PET. התוצאה היא שתמונות PET סובלות מתנועה נשימתית, מה שעלול להוביל לטשטוש משמעותי של איברים הממוקמים בתוך בית החזה והבטן העליונה. טשטוש תנועה זה המושרה על ידי הנשימה עלול לפגוע באופן משמעותי בהדמיה נאותה ובדיוק כמותי של ספיגת radiotracer, אשר יכול להשפיע על ניהול קליני של חולים בעת שימוש בתמונות PET לאבחון ובימוי, הגדרת נפח היעד עבור יישומי תכנון טיפול בהקרנות, וניטור של תגובהטיפולית 12.

מספר שיטות גת נשימה פותחו בניסיון לתקן תמונות PET עבור חפצי תנועה נשימתית13. ניתן לסווג שיטות אלה לאסטרטגיות גת פוטנציאליות, רטרוספקטיביות ומונעות נתונים. טכניקות גת נשימה פוטנציאליות רטרוספקטיביות בדרך כלל להסתמך על רכישת אות פונדקאית נשימתית במהלך הדמיה PET14. אותות פונדקאיים נשימתיים אלה משמשים למעקב וניטור מחזור הנשימה של המטופל. דוגמאות למכשירי מעקב נשימתי הן זיהוי של טיול קירהחזה באמצעות חיישני לחץ 12 או מערכות מעקב אופטי (למשל, מצלמותוידאו) 15, תרמוקופלס כדי למדוד אתהטמפרטורה של אוויר נושם 16, ספירומטרים כדי למדוד את זרימת האוויר ובכך בעקיפין להעריך שינויים בנפח הריאותשל המטופל 17.

לאחר מכן, גתים נשימתיים מושגים בדרך כלל על ידי הקלטה רציפה ובו זמנית של אות פונדקאי (S(t)), עם נתוני PET במהלך רכישת תמונה. באמצעות האות הפונדקאי שנרכש, ניתן לבחור נתוני PET התואמים לשלב נשימתי מסוים או לטווח משרעת מסוים (גת מבוסס משרעת)12,13,18. גתות מבוססות פאזה מבוצעות על ידי חלוקת כל מחזור נשימה למספר קבוע של שערים, כפי שמתואר איור 2א. לאחר מכן, גתים נשימתיים מבוצעים על ידי בחירת נתונים שנרכשו בשלב מסוים במהלך מחזור הנשימה של המטופל שישמש לשחזור תמונה. באופן דומה, גתות מבוססות משרעת מסתמכות על הגדרת טווח משרעת של אות הנשימה, כפי שמוצג איור 2b. כאשר הערך של אות הנשימה נופל בתוך טווח משרעת להגדיר, הנתונים המתאימים PET listmode ישמשו לשחזור תמונה. עבור גישות גתים רטרוספקטיביות, כל הנתונים נאספים ומחסנים מחדש את נתוני PET מבוצעים לאחר רכישת תמונה. למרות ששיטות גת נשימה פוטנציאליות משתמשות באותם מושגים כמו גישות גת רטרוספקטיביות לשיסוף מחדש של נתוני PET, שיטות אלה מסתמכות על איסוף נתונים באופן פוטנציאלי במהלך רכישת תמונה. כאשר כמות מספקת של נתוני PET נאספת, רכישת התמונה תוסופי. הקושי של גישות גת פוטנציאליות ו רטרוספקטיביות כאלה הוא שמירה על איכות תמונה מקובלת מבלי להאריך באופן משמעותי את זמני רכישת התמונה כאשר נשימה לא סדירהמתרחשת 13. בהקשר זה, שיטות גת נשימה מבוססות פאזה רגישות במיוחדלדפוסי נשימה לא סדירים 13,19, שבו כמויות משמעותיות של נתוני PET ניתן להשליך עקב דחייה של גורמים בלתי הולמים, וכתוצאה מכך ירידה ניכרת באיכות התמונה או הארכה בלתי מתקבלת על הדעת של זמן רכישת תמונה. בנוסף, כאשר מתקבלים גורמים בלתי הולמים, ניתן להפחית את הביצועים של אלגוריתם הגט הנשימתי ובכך את האפקטיביות של דחיית תנועה מתמונות PET בשל העובדה ששערי הנשימה מוגדרים בשלבים שונים של מחזור הנשימה, כפי שמתואר איור 2א. ואכן, דווח כי גת נשימה מבוסס משרעת יציבה יותר מאשר גישות מבוססות פאזה במקרה של אי סדרים באותהנשימה 13. למרות שאלגוריתמי גת נשימתיים מבוססי משרעת חזקים יותר בנוכחות תדרי נשימה לא סדירים, אלגוריתמים אלה רגישים יותר להיסחף בסיסי של אות הנשימה. נסחף של האות הבסיסי יכול להתרחש מסיבות רבות כאשר מתח השרירים של המטופל (כלומר, מעבר של חולה למצב רגוע יותר במהלך רכישת תמונה) או שינויים בדפוס הנשימה. על מנת למנוע נסחף בסיסי כזה של האות, יש לדאוג לצרף באופן מאובטח חיישני מעקב למטופל ולבצע ניטור קבוע של האות הנשימתי.

למרות בעיות אלה ידועים, אלגוריתמים מסורתיים gating הנשימה רק לאפשר שליטה מוגבלת על איכות התמונה ובדרך כלל דורשים הארכה משמעותית של זמן רכישת תמונה או כמויות מוגברות של radiotracer להינתן למטופל. גורמים אלה הביאו לאימוץ מוגבל של פרוטוקולים כאלה בשגרה קלינית. על מנת לעקוף בעיות אלה הקשורות לאיכות המשתנה של תמונות מגודרות הנשימה , סוג מסוים של אלגוריתם gating מבוסס משרעת, הידוע גם בשם גת נשימה אופטימלית (ORG),הוצע 18. גת נשימתית עם ORG מאפשרת למשתמש לציין את איכות התמונה של התמונות מגודרות הנשימה על ידי מתן מחזור חובה כקלט לאלגוריתם. מחזור החובה מוגדר כאחוז מנתוני מצב הרשימה של PET שנרכשו המשמשים לשחזור תמונה. בניגוד לאלגוריתמים רבים אחרים של גת הנשימה, מושג זה מאפשר למשתמש לקבוע ישירות את איכות התמונה של תמונות PET משוחזרות. בהתבסס על מחזור העבודה שצוין, מחושב טווח משרעת אופטימלי, אשר לוקח את המאפיינים הספציפיים של האות הפונדקאי הנשימתי כולו בחשבון18. טווח משרעת אופטימלי עבור מחזור עבודה מסוים יחושב על ידי התחלה עם מבחר של ערכים שונים עבור מגבלת משרעת נמוכה יותר, המיועד (L), של אות הנשימה. עבור כל גבול תחתון שנבחר, מגבלת משרעת העליונה, המיועדת (U), מותאמת באופן כזה שסך נתוני PET שנבחרו, המוגדרים כנתונים שנרכשו כאשר אות הנשימה נמצא בטווח משרעת (LU-L)),כפישמתואר באיור 2c12. לכן, על ידי ציון מחזור העבודה, המשתמש עושה טרייד-אוף בין כמות הרעש לבין מידת התנועה שיורית המתגוררת בתמונות PET ORG. הורדת מחזור העבודה תגדיל את כמות הרעש, אם כי זה גם יקטין את כמות התנועה שיורית בתמונות PET (ולהיפך). למרות שהמושגים וההשפעות של ORG תוארו בדו"חות קודמים, מטרת כתב יד זה היא לספק לרופאים פרטים על הפרוטוקולים הספציפיים בעת שימוש ב- ORG במרפאה. לכן, מתואר השימוש ב- ORG בפרוטוקול הדמיה קלינית. יסופקו מספר היבטים מעשיים, לרבות הכנת מטופלים, פרוטוקולי רכישת תמונה ושחזור. יתר על כן, כתב היד יכסה את ממשק המשתמש של תוכנת ORG ובחירות ספציפיות שניתן לבצע בעת ביצוע גתים נשימתיים במהלך הדמיית PET. לבסוף, ההשפעה של ORG על זיהוי נגע וכימות תמונה, כפי שמוצג במחקרים קודמים, נדונים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים שבוצעו בהשתתפות משתתפים אנושיים היו בהתאם לסטנדרטים האתיים של ועדת הביקורת הפנימית (IRB) של המרכז הרפואי של אוניברסיטת רדבו ועם הצהרת הלסינקי משנת 1964 ותיקונים מאוחרים יותר שלה או סטנדרטים אתיים דומים. אלגוריתם ORG הוא מוצר ספציפי לספק והוא זמין על משפחת סורק PET / CT של סימנס ביוגרפיה ודגמי PET / CT חדשים יותר.

1. הכנת מטופל

  1. אמביזיס מטופל
    1. בדוק את שם המטופל ואת תאריך הלידה שלו. קריטריוני הכללה דומים לסריקת PET שגרתית שאינה מגודרת. אין צורך בקריטריונים נוספים של in- או אי-הכללה.
    2. בדוק את התווית שנמסרה עם המזרק המכיל את radiotracer (שם, תאריך לידה ואת כמות הפעילות).
      הערה: כמות הפעילות הניתנה למטופל תלויה במסת הגוף של המטופל ועשויה להשתנות בין המוסדות (בפרוטוקול זה מוצעת כמות של 3.2 MBq/kg).
    3. ודא שהמידע הקליני בטופס הבקשה נכון על ידי ראיון עם המטופל. שאל את המטופל אם היו שינויים רלוונטיים אחרונים בטיפול או בתרופות.
    4. שאל את המטופל אם יש לו או לה סוכרת (DM). במקרה החולה יש DM, לשאול אם הוא או היא בעקבות הכנה מתאימה (כלומר, אין ממשל של אינסולין עובד קצר פחות מ 4 שעות לפני סריקת PET, או שימוש בסוכנים להורדת גלוקוז בדם (כגון מטפורמין).
    5. שאל את המטופל אם יש לו או לה אלרגיות או משתמש נוגדי קרישה.
    6. למדוד את רמת הגלוקוז בדם של המטופל על ידי החלת טיפת דם המתקבלת על ידי דקירת הצד של קצה האצבע של המטופל על רצועת בדיקה ייעודית (הגלוקוז בסרום לא יעלה על 11.0 mmol / L).
    7. הסבר למטופל את נהלי ההכנה וההדמיה של המטופל.
  2. ניהול הרדיוטרטר
    1. יש לאבטח את הגישה הוורידים למטופל על-ידי החדרת קנולה ורידית היקפית לאחד הוורידים הקדם-ורידים.
    2. צרף מערכת תריס תות תכולה עם מנעול לולר למזרק 20 מ"ל המכיל מלוחים (זהו המזרק המשני).
    3. לשטוף את מערכת התרנגול שלוש דרך להפסיק עם מלוחים (לצורך deaeration).
    4. צרף את התרנגול שלוש דרך להפסיק עם מזרק עד סוף cannula הווריד.
    5. בדוק אם cannula ורידים הוא פטנט על ידי שטיפה בזהירות 10 מ"ל של מלוחים דרך cannula (לשאול את המטופל אם יש לו או לה תלונות במהלך הסמקה).
    6. חבר את המזרק המכיל את radiotracer (מזרק ראשי) לתרנגור עצירה שלוש דרך. להפוך את השסתומים של התרנגול לעצור שלוש דרך כך כיוון הזרימה של נוזל דרך המערכת פועל מן המזרק המכיל את radiotracer כדי cannula הוורידים ההיקפיים. לנהל את radiotracer על ידי דחיפה איטית את הבוכנה של המזרק (המזרק המכיל את tracer ממוקם במיכל מיוחד מוגן עופרת).
    7. להפוך את השסתומים של התרנגולי עצירה דרך שלוש באופן כזה המזרק המכיל מלוחים מחובר המזרק העיקרי (שהכיל את radiotracer) לשטוף את המזרק לשטוף כל radiotracer שיורית מן המזרק.
    8. להפוך את השסתומים של התרנגולי לעצור את שלוש דרך ולדחוף את הבוכנה של המזרק העיקרי כדי לנהל כל radiotracer שיורית שנותר במזרק למטופל.
    9. חזור על שלב 1.2.7. ו-1.2.8. שלוש פעמים.
    10. להפוך את הדרך שלוש לעצור את הדם (כדי למנוע זרימת דם מהווריד של המטופל) ולנתק את המזרק העיקרי. צרף מזרק שלישי המכיל furosemide, להפוך את הדרך שלוש עצירת תד התרנגול שוב ולנהל 0.5 גרם / ק"ג של furosemide (עם כמות מקסימלית של 10 מ"ג) על ידי דחיפת הבוכנה של המזרק. הסר את הקנולה הווריד ההיקפית והפעיל לחץ על אתר הדקירה באמצעות תחבושת סטרילית. בדוק אם אין דימום משמעותי מאתר הדקירה ותקן את התחבושת באמצעות קלטת רפואית.
  3. דגירה של מטופל
    1. תן למטופל לנוח בתנוחה נוחה, רצוי בחדר מואר באפלולית, במשך 50 דקות.
    2. לאחר 50 דקות, הורה למטופל לבטל את שלפוחית השתן שלו.
    3. ב 55 דקות, ללוות את המטופל לסורק ולמקם את המטופל supine עם הידיים על מיטת הסורק. השתמש בתמיכה מתאימה בזרוע כדי להפוך אותו לנוח ככל האפשר עבור המטופל. אם המטופל אינו מסוגל לרומם את זרועותיו, ניתן לבצע סריקה עם תנוחת הזרוע לצד המטופל.
    4. שימו לב לתבנית הנשימה של המטופל ואבטחו את חגורת הנשימה סביב בית החזה של המטופל (בדרך כלל, המיקום ממש מתחת לכלוב הצלעות הוא אופטימלי). ודא כי החיישן ממוקם במקום שבו טיול קיר הבטן מזוהה לאחר בדיקה חזותית (בדרך כלל 5-7 ס"מ מן קו האמצע). אבטח את החגורה סביב המטופל באמצעות מערכת הסגירה מבוססת ולקרו.
    5. בדוק את תצוגת הסורק אם אות הנשימה נשאר בגבולות הטווח המינימלי והמקסימום (אם אות הנשימה הוא גזירות, הדק או הדק את החגורה כראוי).
    6. טיפ: ודאו לחגורה מהודק מספיק סביב החזה של המטופל. בהתחשב בכך שחולים נכנסים למצב רגוע יותר לאחר זמן מה, האות הנשימתי נוטה לרדת (סחף בסיסי של האות). זה מונע את האות לצאת מגבולות, ובכך לשמור על איכות גבוהה של אות פונדקאית המשמש עבור gating הנשימה.
    7. התחל לסרוק ב 60 דקות לאחר זמן הדגירה.

2. רכישת תמונה ושחזורה

  1. בחירת פרוטוקול
    1. בחר את פרוטוקול כל הגוף בסורק. ניתן לעשות זאת על ידי הזזת הסמן מעל קטגוריית הפרוטוקול המתאימה (המצוינת על ידי העיגולים ליד סמל המטופל בכרטיס הבדיקה), ולחיצה על הפרוטוקול המתאים (איור 3).
    2. פרוטוקול הרכישה של ORG יתחיל בסריקת סקאוט (טופלגרם) של המטופל. כדי ליזום רכישה של הטאפוגרם, הקש על מקש ההתחלה של הסורק (מקש עגול צהוב עם סימן קרינה) בתיבת בקרת הסורק (איור 4). כדי לעצור או לבטל רכישה של ה- topogram, הקש על מקש ההשהיה או העצירה בהתאמה.
    3. התחל בתכנון תנוחות מיטת PET על הטוףוגרמה. ניתן לעשות זאת על-ידי לחיצה על לחצן העכבר השמאלי ב- topogram והגדרת טווח הסריקה.
    4. בחר את תנוחות המיטה שיש לתקן לתנוג נשימתי (איור 5).
      הערה: אלה הם תנוחות המיטה 'מגודר' המכסים את בית החזה. תנוחות המיטה ה'מגודרות' נרשמות ב-listmode. בהתאם לאינדיקציה הקלינית, תנוחות המיטה המכסות את הבטן העליונה יכולות גם להיות מגודרות (למשל כאשר ההדמיה מסומנת עבור נגעים בכבד או בלבלב). עבור תנוחות המיטה הלא מגודרות, יש צורך רק להקליט את המינוגרמות לשחזור תמונה.
    5. הגדר זמן הקלטת תמונה עבור תנוחות מיטת PET (איור 5).
      הערה: בהתאם לכמות הפעילות המוזרקת, יש להתאים את משך הסריקה של תנוחות המיטה הלא מגודרות כדי להניב איכות תמונה מספקת. בנוסף, זמן ההקלטה של תנוחות המיטה הלא מגודרות בשילוב עם מחזור החובה המשמש לשחזור תמונה של תנוחות המיטה המגודרת, נקבע זמן ההקלטה של תנוחות המיטה המגודרת. לדוגמה, עבור מחזור עבודה של 35%, הארכת הסריקה לפי גורם 3 מניבה סטטיסטיקה דומה בערך עבור עמדות מיטה מגודרות ולא מגודרות. פרוטוקול הדמיה מוצע במרכז הרפואי של אוניברסיטת Radboud הוא זמן הקלטה עבור תנוחות מיטה לא מגודרות של 2 דקות, בעוד עבור תנוחות מיטה מגודרת זמן הקלטה הוא 6 דקות באמצעות מחזור חובה של 35%
    6. לאחר הגדרת פרמטרי הרכישה, לחץ והחזק את מקש ההתחלה (לחצן עגול צהוב עם סימן קרינה) בתיבת בקרת הסורק והמתן עד שמיטת הסורק תחזור למצב ההתחלה. לחץ שוב על מקש ההתחלה כדי לרכוש סריקת CT במינון נמוך מהמטופל (ראש לרגליים). לאחר רכישת סריקת CT, הקש על מקש ההתחלה כדי ליזום את סריקת PET.
    7. במהלך רכישת תמונה, לבדוק באופן קבוע את המטופל ואת איכות האות הנשימתי (להתאים את חגורת הנשימה במידת הצורך).
      הערה: התאמת החגורה צריכה להתבצע רק כאשר לא נרכשות תנוחות מיטה מגודרות נשימתיות. לכן, התאמות צריך להיעשות לפני או אחרי תנוחות מיטה אלה נרכשים. התאמת החגורה במהלך רכישת תנוחת המיטה המגודרת תשפיע על איכות תמונות ORG. התבוננות זהירה באות הנשימה והתאמה אפשרית של חגורת הנשימה לפני רכישת תנוחות המיטה המגודרת נדרשת כדי לנטרל כל נסחף בסיסי משמעותי של האות במהלך סריקת PET.
  2. שחזור תמונה
    1. סקור את אות הנשימה שנרכש ובחר את מחזור החובה המתאים עבור תנוחות המיטה המגודרות (איור 6).
      הערה: טווח משרעת המשמש עבור gating הנשימה הוא על אות הנשימה). בדוק אם יש חוסר יציבות או סחף בסיסי באות הנשימה שיכול להשפיע על איכות הנשימה.
    2. בחרו בפרוטוקול שחזור תמונה הממוטב לצפייה (איור 7). זהו בדרך כלל פרוטוקול שחזור תמונה ברזולוציה גבוהה עם גדלי voxel קטנים יותר לזיהוי נגעים קטנים. יש חשיבות להבין כי אלגוריתם ORG יחשב את טווח משרעת אופטימלית באמצעות האות הנשימתי כולו של תנוחות המיטה שנבחרו. למרות מחזורי חובה שונים ניתן להשתמש עבור תנוחות מיטה שונות (למשל כדי לתקן עבור אות נשימה באיכות משתנה), באמצעות מחזורי חובה שונים עבור תנוחות מיטה שונות לא מומלץ בהתחשב בכך יהיה להציג וריאציות באיכות התמונה בין תנוחות מיטה שונות.
      הערה: הנה פרוטוקול שחזור תמונה לדוגמה להצגה:
      • אלגוריתם: TrueX + TOF (אולטרה-היט PET)
      • מספר איטראציות:3
      • מספר קבוצות משנה: 21
      • גודל מטריצה: 400 × 400
      • סינון לאחר השחזור, ליבה (גאוסיאני תלת מימדי), רוחב מלא חצי מרבי (FWHM): 3.0 מ"מ
      • מחזור חובה 35%
    3. יתר על כן, לשחזר את תמונות PET עם פרוטוקול תואם ליוזמת Research4Life (EARL) להדמיית PET כמותית. אלה הן בדרך כלל תמונות ברזולוציה נמוכה יותר עם סינון ספציפי שלאחר השחזור מוחל.
      הערה: הנה פרוטוקול שחזור תמונה לדוגמה לכמות תמונה:
      • אלגוריתם: TrueX + TOF (אולטרה-היט PET)
      • מספר איטראציות: 3
      • מספר קבוצות משנה: 21
      • גודל מטריצה: 256
      • סינון לאחר השחזור, ליבה (גאוסיאני תלת מימדי), רוחב מלא חצי מרבי (FWHM): 8.0 מ"מ
      • מחזור חובה 35%
    4. שלח את התמונות המשוחזרות לארכיון PACS. התמונות מוכנות כעת להערכה על ידי רופא הרפואה הגרעינית

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

השימוש ב- ORG ב- PET גורם להפחתה כוללת של טשטוש נשימתי של התמונות. לדוגמה, בהערכה קלינית של חולים עם סרטן ריאות תאים לא קטנים (NSCLC), ORG הביא לגילוי של נגעים ריאתי יותר בלוטות הלימפה hilar / mediastinal20. זה מודגם בקלות איור 8 ואיור 9, המציג תמונות PET לא מגודרות ו- ORG של חולים עם NSCLC.

בפרט, ORG הביא לשינויים ניהוליים בחולים עם שלבי מחלה מוקדמים (I-IIB) שבהם זיהוי נגעים נוספים של בלוטות הלימפה יכול להשפיע באופן משמעותי על הטיפול שנקבע ועל הליכי אבחון נוספים הנדרשים. תוצאות אלה מאושרות על ידי מחקר שנערך על ידי ואן דר גוכט ואח 'עבור נגעים הממוקמים בבטן העליונה21. השימוש ב- ORG הביא לגילוי נגעים נוספים ב- FDG-PET של חולים עם נגעים בלחץ הדם ובמיקום פריהפטי. למרות שתוצאות אלה תומכות כך שהשימוש ב- ORG עלול להוביל לאבחון ובימוי משופרים של חולים, ההשפעה הקלינית המדויקת של ORG עדיין לא ברורה.

כימות התמונה מושפע באופן משמעותי כאשר ORG שימש לתיקון תמונות PET לתנועה נשימתית, במיוחד עבור נגעים ריאתי הממוקם ליד אזורי הסרעפת והצחוק של הריאות. במחקר החוקר את ההשפעות של ORG ב 66 חולי סרטן ריאות, הייתה עלייה משמעותית סטטיסטית ספיגת רכב שטח ממוצע (SUVממוצע) בתמונות ORG ביחס תמונות PET לא מגודרות. בהשוואה לתמונות PET שאינן מגודרות, תמונות ה-ORG PET הראו עלייה ב-SUVממוצע של 6.2±12.2%(p<0.0001), 7.4±13.3% (p<13.3% 0.0001) ו-9.2±14.0%(plt;0.0001), למחזורי חובה של 50%, 35% ו-20%בהתאמה 12.

יתר על כן, ירידה מובהקת סטטיסטית בנפחי חילוף החומרים של הנגעים נצפתה כאשר ORG בוצע. אמצעי אחסון אלה סובלחו באמצעות אלגוריתם פילוח של סף קבוע הגדל באזור (40% מהספיגההמרבית(SUV max).). ירידה של 6.9±19.6%(p=0.02),8.5±19.3%(p<0.000). 1),ו 11.3±20.2% (p<0.0001) עבור מחזורי חובה של 50%, 35%, ו 20% בהתאמה12. הגידול המשמעותי בקליטה וירידה בנפח חילוף החומרים מצביעים על הסרה יעילה של טשטוש תמונה הנגרמת על ידי נשימה מתמונות PET כאשר ORG מבוצע. בנוסף, הוכח כי ההשפעה של חפצי תנועה נשימתית על כימות ספיגת ההנעה והנפח הייתה תלויה במיקום האנטומי. הייתה רק עלייה משמעותית במשמעות רכבהשטח וירידה בנפח הנגעים הממוקמים באונות הריאות התחתונות ובמרכז (במיוחד הילאר) נגעים הממוקמים. ההשפעה של מיקום אנטומי מודגמת בקלות באיור 10, המציגה שני נגעים שונים של NSCLC בחולה אחד. יתר על כן, השוואת תמונות ORG PET תמונות משוחזרות עם מחזור חובה של 35% לתמונות המקבילות שלהם שאינם מגודרים הראו כי רמות רעש התמונה דומות, המוכיחים כי איכות התמונה נשמרת קבועה בעת שימוש ORG12.

הקשר בין מחזור חובה ורעש תמונה הוכח על ידי חישוב מקדם הווריאציה (COV) של ספיגת FDG בפרנצ'ימה ריאות לא מושפעת. ה- COV בתמונות שאינן מגודרות באמצעות כל הנתונים הזמינים היה בממוצע 26.1±6.4%, ואילו COV בתמונות ORG PET ששוחזרו עם מחזור עבודה של 20% היה 39.4±7.5%. היה הבדל לא משמעותי ב- COV בין תמונות ORG PET ששוחזרו עם מחזור עבודה של 35% (32.8±6.4%) והתמונות המקבילות הלא מגודרות שלהם (31.8±5.6%). איור 11 מציג שתי תמונות PET ארגוניות שונות ותמונות PET לא מגודרות באיכות סטטיסטית שונה. נתון זה מדגים כי הורדת מחזור העבודה מגדילה את כמות הרעש, בעוד איכות תמונת ה- ORG PET משוחזרת עם מחזור עבודה של 35% והתמונה המקבילה שאינה מגודרת נשמרת קבועה. למרות תוצאות ORG הפחתה משמעותית של נפח הנגע כפי שכמת בתמונות PET, הירידה המוחלטת בנפח לא הניבה שום חיסכון משמעותי של מינון הקרינה נמסר לאיברים בסיכון (OARs) במהלך תכנון הקרנות, כפי שהודגם במחקראחר 22.

ההשפעה המטושטשת של תנועת הנשימה משפיעה גם על כימות הטרוגניות תוך-גידולית. בקבוצה של 60 חולי NSCLC, ORG הביא הבדלים מובהקים סטטיסטית במרקם תכונה כימות של נגעים באונות הריאות האמצעיות והתחתונות23. עבור התכונות הטקסטואליות; הדגשה בעצימות גבוהה (HIE), אנטרופיה, אחוז אזור (ZP) ושונה, העלייה היחסית עמדה על 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) בין תמונות ה- PET של ORG לבין תמונות PET המקבילות שלהן שאינן מגודרות. כימות הטרוגניות תוך-גידולית לא הושפע באופן משמעותי מנגעים באונות הריאה העליונות. הירידה הממוצעת של תכונות טקסטואליות אלה הייתה של 1.0% ± 7.7% (p = 0.3), 0.35% ± 1.8% (p = 0.3), 1 0.7% ± 13.2%(p = 0.4) ו-0.4% ± 2.7%(p = 0.5), עבור שונות, אנטרופיה, היי, ו- ZP בהתאמה. יתר על כן, לא היה הבדל משמעותי בין תמונות PET ORG ולא מגודרות עבור נגעים במיקום מרכזי, עם עלייה ממוצעת של 0.58% ± 3.7% (P = 0.6), 5.0% ± 19.0% (P = 0.4), 19.0% 0.59% ± 4.0% (P = 0.9) ו-4.4% ± 27.8% (P = 0.4), עבור אנטרופי, שונות, ZP ו- HIE בהתאמה. למרות כימות של תכונות טקסטואליות הושפעו באופן משמעותי עבור נגעים הממוקמים באונות הריאה האמצעיות והתחתונות, מודלים רב-ערכיים של רגרסיה קוקס להישרדות לאהושפעו באופן משמעותי 23. בנוסף לכימות של הטרוגניות תוך-גידולית של נגעים ריאתי, תנועה נשימתית יכולה לגרום לשינויים משמעותיים לכימות הטרוגניות תוך-סרטנית של נגעים הממוקמים באזור הבטן העליונה. זה הוכח בקלות במחקר החוקר את ההשפעה של ORG על כימות של חולים עם אדנוקרצינומה צינורית הלבלב (PDAC)24. הסרת חפצים בתנועה נשימתית מתמונות PET המשתמשות ב- ORG משפיעה במידה ניכרת על כימות תכונות טקסטואליות בנגעים PDAC. זה נצפתה כי המתאם של תכונות מרקם מחושב עם ההישרדות הכוללת הושפע באופן משמעותי.

Figure 1
איור 1: א) הפצה פיזיולוגית של 18F-פלואורודוקסיגליקוס (FDG) בחולה שעבר טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) הדמיה. יש ספיגה משמעותית של FDG בלב, במוח ובכבד של המטופל. ב) ספיגת FDG מוגברת במספר ריאות, בלוטות לימפה וגי גרורות רחוקות בחולה עם סרטן ריאות תאים לא קטנים בשלב IV (NSCLC), המדגים את ספיגת FDG המועדפת בנגעים סרטניים בהשוואה לרוב הרקמות האחרות שאינן מושפעות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: גתות מבוססות פאזה ואמפלודות בטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). a) גתות מבוססות פאזה, ב) גתות מבוססות משרעת, ו- c) גתות נשימתיות אופטימליות (ORG). במהלך gating מבוסס פאזה, כל מחזור הנשימה מחולק למספר קבוע של שערים (במקרה זה 4). נתונים שנאספו בשער מסוים ישמשו לשחזור תמונה שממנה יוסרו רכיבי תנועת הנשימה העיקריים. גתות מבוססות משרעת מסתמכות על הגדרה של מגבלת משרעת עליונה ותחתונה. גישות גת נשימה מבוססות משרעת מסתמכות בדרך כלל על מפרט של טווח משרעת על ידי המשתמש. נתונים שנאספו כאשר אותות הנשימה נופלים בתוך טווח משרעת מוגדר ישמשו לשחזור תמונה. האלגוריתם האופטימלי של גת הנשימה (ORG) משתמש בגישה מבוססת משרעת כזו ויחשב טווח משרעת אופטימלי המבוסס על מחזור החובה (אחוז מנתוני PET הנדרשים לשחזור תמונה) המסופקים. טווח משרעת הקטן ביותר שעדיין מכיל את כמות הנתונים שצוינה הדרושה לשחזור תמונה (הסכום הכולל של האזורים המוצללים בכחול) נבחר כטווח משרעת האופטימלי (W). כדי להשיג זאת, אלגוריתם ORG מתאים את הגבול העליון (U) לערכים שונים של הגבול התחתון (L). בדרך כלל, הגדלת מספר השערים או הפחתת טווח משרעת יגרום לדחייה יעילה יותר של תנועת הנשימה במחיר של רעש תמונה מוגבר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: בחירת פרוטוקול ההדמיה המתאים. ניתן לבחור פרוטוקול דימות מוגדר מראש על-ידי בחירת פרוטוקול מקטגוריה מסוימת (על-ידי העברת העכבר מעל קטגוריות הפרוטוקול (המצוין בתיבה האדומה) ובחירת פרוטוקול מהתפריט הנפתח). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מקשים שונים בתיבת הבקרה של סורקי MCT של סימנס ו-Horizon PET/CT. 1) מקש הזזה, המשמש להזזת טבלת המטופלים למצב המדידה הבא, 2) בטל את טעינת מפתח המטופל: משמש להזזת טבלת המטופלים למצב פריקה לאחר רכישת תמונה, 3) מפתח התחלה: משמש להפעלת סריקה, סימן האזהרה לקרינה (4) יידליק במהלך רכישת תמונה, 4) מנורת אזהרה מפני קרינה: מציין ומספק אות אזהרה כאשר צינור הרנטגן דול, 5) מקש השעיה: משמש להמתנה של הליך הסריקה. זוהי השיטה המועדפת לפסיקת סריקה לפני השלמתה. אפשרות ההשעיה מאפשרת הפעלה מחדש של פרוטוקול התמונה בנקודה נעצרה, 6) שמע את מקש המטופל: לחץ על מקש זה כדי לשמוע את המטופל, דיודה האור ציין כי חיבור ההאזנה פעיל, הקש על מקש זה שוב כדי לשחרר את חיבור ההאזנה, 7) Loudspeaker, 8) התקשר למפתח המטופל: החזק את מקש זה לחוץ תוך כדי דיבור עם המיקרופון (10) כדי לספק הוראות למטופל, 9) מקש עצירה: משמש כדי לעצור באופן מיידי את הליך הסריקה, המשמש במקרה חירום, 10) מיקרופון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: לאחר רכישת ה-topogram, יש לציין את זמן הרכישה של עמדות מיטה שונות (בכרטיסיה 'שגרה'). בדוגמה זו, תנוחות המיטה המגודרת נרשמות במשך 6 דקות (מיטה 2), בעוד תנוחות המיטה הלא מגודרות נרכשות תוך 2 דקות (מיטה 1 ו -3). תנוחות מיטה מגודרות (מודגשות בכתום בטופלוגרמה) ניתן להגדיר על ידי הגדרת האפשרות 'Physio' כדי 'On' בעמודה השנייה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: צורת הגל הנשימתי של המטופל מוצגת בחלק העליון של לוח המחוונים יחד עם היסטוגרמה של תדר הנשימה (החלק התחתון) בכרטיסיה 'הדק'. ניתן לבחור את מחזור הפעילות מהתפריט הנפתח מימין (במקרה זה 35%). פרוטוקול זה כולל זמן סטנדרטי לרכישת תמונה של 6 דקות למיטה עבור תנוחות מיטה מגודרות ו -2 דקות עבור תנוחות מיטה לא מגודרות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: בחירת פרוטוקול שחזור תמונה (הכרטיסיה 'Recon'), ניתן לציין פרטים על שחזור תמונה עבור כל פרוטוקול על-ידי מילוי השדות הרלוונטיים. לצפייה, מומלץ להשתמש בפרוטוקול שחזור תמונה ברזולוציה גבוהה כדי לספק פרטים בתמונות PET משוחזרות. לכמות ספיגת radiotracer על תמונות PET, מומלץ להשתמש בפרוטוקול שחזור תואם EARL. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: תמונות מגודרות ומיטביות מגודרות (ORG) FDG-PET-CT של חולה עם סרטן ריאות של תאים לא קטנים (NSCLC). איור זה מציג תמונות לא מגודרות(א)ו- ORG PET (ב)של צומת לימפה הילאר בתחנה X בחולה עם נדן NSCLC בודד באונה התחתונה השמאלית. תמונת ה- PET של ORG משוחזרת עם מחזור עבודה של 35%. הפחתת ההשפעות המטושטשות של התנועה הנשימתית הייתה גורמת לעלייה של חולה זה מ- cT1N0M0 ל- cT1N1M0 ולדרישה להערכה היסטולוגית של בלוטות הלימפה ההילאריות באמצעות אולטרסאונד אנדו-ברונכיאלי (EBUS). נתון זה שונה מ Grootjans ואח ' (סרטן ריאות 2015). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
איור 9: לא מגודר (א) ו אופטימלי נשימה מגודרת (ORG) (ב) FDG-PET-CT תמונה של נגע NSCLC ראשוני ונגע לווין ב hilum הריאות הימנית. ההיתוך העיקרי מסומן על ידי 'p' בעוד נגע הלווין מסומן על ידי 's' בנתון זה. גת נשימתית בחולה זה הביאה להתאוששות ניגודיות משופרת של נגעים בלווין הסמוכים לפצע העיקרי. נוכחותו של הנגע אושרה על הדמיה CT מעקב, אם כי ממצאים אלה לא היו משפיעים באופן משמעותי על ניהול קליני עבור חולה זה, ORG הביא לגילוי של נגעים ריאתי נוספים. נתון זה שונה מ Grootjans ואח ' (סרטן ריאות 2015). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 10
איור 10: תמונות FDG-PET-CT לא מגודרות ואופטימליות לנשימה (ORG) של חולה עם נגעים ב-NSCLC באונה התחתונה השמאלית ובהילום הריאות. דוגמה זו מראה את ההשפעה של טשטוש תנועה הנגרמת על ידי נשימה על הדמיה וכימות של נגעים NSCLC. א) תמונת PET לא מגודרת המתארת נדיבה באונה התחתונה השמאלית, ב) תמונת ORG PET, משוחזרת עם מחזור חובה של 35% של הנגע באונה התחתונה השמאלית, ג) תמונת PET לא מגודרת המתארת נדנוד בריאה השמאלית hilum, ד) תמונת ORG PET, משוחזרת עם מחזור חובה של 35% של הנגע בריאה השמאלית hilum. בחולה זה, הנגע הממוקם hilum הריאות נתון לתנועה ניכרת הנגרמת על ידי נשימה, מראה השפעה גדולה על כימות של ספיגת הנגע ונפח חילוף החומרים כאשר ORG מבוצע. עבור הנגע הזה, עלייה בערך ספיגה מתוקננת ממוצעת (SUVmean) של 31.9% וירידה בנפח חילוף החומרים של 23.0% נצפתה. ההשפעה של תנועה נשימתית על כימות ספיגת ההיתוך והנפח הייתה 5.3% ו -1.9% בהתאמה עבור ההיתוך באונה הריאה העליונה. נתון זה שונה מ Grootjans et al. (Eur Radiol 2014). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 11
איור 11: השוואה בין תמונות PET מגודרות בצורה אופטימלית (ORG) ותמונות PET לא מגודרות עם ספירות שונות של סטטיסטיקות בחולה עם סרטן ריאות של תאים לא קטנים בשלב IV (NSCLC). העמודה השמאלית (a ו- c) מציגה את תמונות PET שאינן מגודרות ששוחזרו עם כל (א) ו- 35% (ג) של הנתונים המוקלטים. השוואת תמונות a ו- c מגלה כי רמות הרעש גדלות כאשר פחות נתונים משמשים לשחזור תמונה, בולט במיוחד באזורים של ספיגה הומוגנית יחסית, כגון הכבד (מסומן עם כוכבית '*'). העמודה מימין (b ו- d ) מציגהאת תמונות ה- PET הארגוניות ששוחזרו עם 50% ו- 35% מחזור חובה. תמונות אלה מראות כי כמות הרעש גדלה בעת הורדת מחזור העבודה. השוואת תמונת PET שאינה מגודרת (ג) עם המקבילה שלה PET ORG (ד) מראה כי אפקט הטשטוש הנגרמת על ידי הנשימה מצטמצם בתמונת ORG, אשר משתקף על ידי הגודל לכאורה של הנגע גרורתי בלוטת יותרת הכליה (מסומן עם סימן פלוס '+') ו calices הכליה של הכליה השמאלית (מסומן עם 'x'). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בקהילת הרפואה הגרעינית, ההשפעות המידרדרות של חפצי תנועה נשימתית בהדמיית PET מוכרות היטב כבר זמן רב. הוכח במחקרים רבים כי ההשפעה המטושטשת של חפצי תנועה נשימתית יכולה להשפיע באופן משמעותי על כימות התמונה ועל יכולת גילוי הנגע. למרות מספר שיטות gating הנשימה פותחו, gating הנשימה אינו נמצא כיום בשימוש נרחב בפועל קליני. זאת במיוחד בשל איכות תמונה משתנה וכתוצאה מכך, הארכה בלתי מתקבלת על הדעת של זמני רכישת תמונה, ושילוב לא אידיאלי של gating הנשימה בפרוטוקול הדמיה קלינית מלאה בגוף. היתרון של ORG הוא שהיא מאפשרת אינטגרציה נוחה בפרוטוקול הדמיית PET סטנדרטי לכל הגוף, ומאפשרת לשלב בצורה חלקה מספר תנוחות מיטה מגודרות ולא מגודרות בתמונה אחת. יתר על כן, אלגוריתם ORG לוקח מאפיינים ספציפיים של האות הנשימתי כולו, כגון שלבי הרמה, בחשבון בעת חישוב טווח משרעת אופטימלי, בעוד המשתמש יש את היכולת לציין ישירות את איכות התמונה של תמונות PET משוחזרות על ידי ציון מחזור העבודה. עם זאת, בדומה לשיטות נשימה רבות אחרות, ORG דורש שימוש בחיישנים חיצוניים המשמשים לביצוע גתים נשימתיים. יתר על כן, בהתאם למחזור העבודה המשמש, כמות ניכרת של נתוני PET נמחקת ולא משמשת לשחזור התמונה הסופית. לכן, גתים נשימתיים מוצלחים עם ORG מסתמכים על מעקב מתאים אחר תנועת הנשימה באמצעות חיישנים חיצוניים והתורכי זמן רכישת תמונה או כמות הפעילות המנוהלת למטופלים. הקושי הקשור לשימוש בחיישנים היווה השראה להתפתחות של גישות מונחות נתונים, או גתים נשימתיים ללאחיישנים 25,26,27. טכניקות מונחות נתונים אלה משמיטה את הדרישה לאות פונדקאי חיצוני על-ידי חילוץ מידע על תנועה נשימתית מנתוני מצב הרשימה של PET עצמה. טכניקות מונחות נתונים כאלה פותחו על ידי ספקי PET מרובים והוצעו כחלופות רלוונטיות קלינית לשיטות מבוססות חיישנים, מה שמקל על גת נשימה PET שגרתית בפועל קליני.

בנוסף לחילוץ מידע בלבד לגבי תנועה נשימתית מנתוני PET, שיטות חדשות יותר מאפשרות שימוש בכל נתוני PET המתועדים לשחזורתמונה 28. שחזורי תמונה אלה, המפוצים בתנועה, מבוצעים על-ידי הפיכת נתוני PET בשלבי נשימה שונים לתמונה אחת שממנה מוסרים חפצי תנועה. בהשוואה לגתים נשימתיים מסורתיים מבוססי חיישנים, שחזור פיצוי תנועה אינו דורש הארכת זמן רכישת התמונה ומונע שימוש בחומרה נוספת במהלך gating. שיטות אלה להסיר ביעילות תנועה נשימתית מתמונות PET תוך שמירה על איכותהתמונה 29. יתר על כן, עם הופעתה של הדמיה היברידית PET ותהודה מגנטית (MR), פותחו מספר שיטות להשתמש במידע תנועה נגזר MR כדי לתקן תמונות PET30,31,32,33. למרות ששיטות אלה קיימות מזה זמן מה בהגדרת מחקר, שיטות הגט הנשימתיות הראשונות מונחות נתונים נכנסו לשוק. עם זאת, רוב השיטות הללו עדיין נמצאות בפיתוח פעיל ושיפור מתמשך, מחקרים קליניים גדולים יותר נדרשים כדי להעריך את הביצועים ואת החוסן של אלגוריתמים כאלה.

למרות ששיטות גת הנשימה מתמקדות בעיקר בתיקון תמונות PET עבור חפצי תנועה נשימתית, אלגוריתמים אלה בדרך כלל אינם לוקחים בחשבון את נתוני ה- CT הנרכשים. בתרגול קליני, CT במינון נמוך (LD) מבוצע בדרך כלל ללא מתן הוראות נשימה. רישום של LDCT שנרכש כאשר המטופל נושם בחופשיות יכול לגרום חוסר התאמה מרחבית משמעותית בין PET מגודר הנשימה LDCT, במיוחד עבור מבנים אנטומיים לנוע במהלךהנשימה 34. בנוסף כדי לוקליזציה מדויקת ספיגת radiotracer, LDCT משמש לתיקון הפחתה של תמונות PET. לכן, ההשפעה של אי התאמה מרחבית בין PET ו- CT יכולה להציג אי דיוקים כמותיים עמוקים ב- PET, במיוחד כאשר ספיגת radiotracer ממוקמת ליד מבנים עם הבדלים גדולים בצפיפות, כגון רקמת ריאות ועצמות. מספר מחברים חקרו שיטות שונות לסינכרון רכישת תמונות כדי להפחית אי התאמה מרחבית בין תמונות PET ו- CT. אחת השיטות המוצעות כוללת מתן הוראות נשימה למטופל במהלך רכישת CT. למרות הוראות נשימה CT סטנדרטי בשילוב עם ORG לא הניב שיפור התאמה מרחבית בין CT ו PET35, הוראות ספציפיות למטופל המבוססות על אותו אות נשימה וטווח משרעת המשמשים ORG לא לגרום לשיפור כולל של ההתאמה המרחבית בין PET ו CT36. עם זאת, שיטות אלה רגישות לשינויים בהוראות המפעיל ופרשנות המטופל. תוצאות משופרות הושגו על ידי ביצוע אימונים עם המטופל לפני הדמיה PET-CT. עם זאת, בהתחשב בכך שחלק מהחולים מתקשים לציית להוראות נשימה אלה עקב מצב פיזי לקוי, ההצלחה עשויה להישאר משתנה בסביבה קלינית. גישות אחרות כוללות את השימוש CT מופעל הנשימה, שבו האות הנשימתי משמש כדי להפעיל את רכישת CT34. גישה זו בשילוב עם ORG הביאה לירידה משמעותית ב חוסר התאמה מרחבית בין תמונות PET ו- CT. במחקר הערכת מופעלות לפרוטוקול CT סטנדרטי הראה עלייה מרביSUV וSUV ממוצע של 5.7% ± 11.2% (P < 0.001) ו 6.1% ± 10.2% (P = 0.001), בהתאמה. למרות גת CT 4D מלא הוצע כדי להתאים תמונות PET ו- CT, אסטרטגיות כאלה אינם ישימים בפרקטיקה קלינית שגרתית בהתחשב בחשיפה קרינה גבוהה באופן בלתי מתקבל על הדעת למטופל. שיטות שונות להפחתת חוסר התאמה מרחבית בין תמונות PET ו- CT עדיין נמצאים תחת הערכה עבור האפקטיביות שלהם ואת התועלת הקלינית.

למרות תנועה נשימתית משפיעה באופן משמעותי על כימות התמונה של תמונות PET, ישנם גורמים טכניים רבים אחרים שיש לקחת בחשבון על מנת לשמור על רבייה ודיוק כמותי של תמונות PET11. גורמים אלה קשורים להכנת המטופל, הגדרות רכישת הדמיה ופרוטוקולי שחזור. חשוב לדבוק בפרוטוקולי רכישה קפדניים, כולל שימוש בהליכי הכנת מטופלים דומים, הערכת ספיגת רדיוטרייזר בנקודות זמן ספציפיות ופרמטריסריקה ושחזור 11,37. בהקשר זה, האגודה האירופית לרפואה גרעינית (EANM) מספקת הנחיות לגבי FDGPET-CT כמותי להשוואות מרובות מרכזים. הוכח כי הרמוניזציה של פרוטוקולי הדמיה באמצעות הנחיות סטנדרטיות גורמת להשוואה משופרת הכוללת של תמונות PET ממוסדותשונים 38.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים לא מצהירים על ניגוד עניינים.

Acknowledgments

המחברים רוצים להודות לריצ'רד ראגו על שסיפק את תמונות ה-PET המוצגות איור 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kostakoglu, L., Agress, H., Goldsmith, S. J. Clinical Role of FDG PET in Evaluation of Cancer Patients. Radiographics. 23 (2), 315-340 (2003).
  2. Grootjans, W., et al. PET in the management of locally advanced and metastatic NSCLC. Nature Reviews Clinical Oncology. 12 (7), 395-407 (2015).
  3. Croteau, E., et al. PET Metabolic Biomarkers for Cancer. Biomarkers in Cancer. 8, Suppl 2 61-69 (2016).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Castillo, R., et al. Pre-radiotherapy FDG PET predicts radiation pneumonitis in lung cancer. Radiation Oncology. 74 (9), 1-10 (2014).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Nehmeh, S. A., et al. A novel respiratory tracking system for smart-gated PET acquisition. Medical Physics. 38 (1), 531-558 (2011).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Büther, F., Vehren, T., Schäfers, K. P., Schäfers, M. Impact of Data-driven Respiratory Gating in Clinical PET. Radiology. 281 (1), 229-238 (2016).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Küstner, T., et al. MR-based respiratory and cardiac motion correction for PET imaging. Medical Image Analysis. 42, 129-144 (2017).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).

Tags

חקר הסרטן גיליון 161 גת נשימה כימות תמונה טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים סרטן ריאות תאים לא קטנים רדיומיקה תכנון הקרנות
ניהול חפצי תנועה נשימתית <sup>ב-18 טומוגרפיה</sup>של פליטת פוזיטרונים F-fluorodeoxyglucose באמצעות אלגוריתם גת נשימתי אופטימלי המבוסס על משרעת
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Grootjans, W., Kok, P., Butter, J.,… More

Grootjans, W., Kok, P., Butter, J., Aarntzen, E. Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm. J. Vis. Exp. (161), e60258, doi:10.3791/60258 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter